一种二步法制糖的工艺及装置

摘要

本发明公开了一种二步法制糖的工艺及装置，步骤包括：将粗糖加水溶解后获得粗糖浆，将粗糖浆依次送入粗过滤器、微滤膜进行过滤，得到滤液；将滤液送入第一离子交换树脂塔，得到第一渗透液，所述的第一离子交换树脂是指大孔强碱性阴离子交换树脂；将第一渗透液送入第二离子交换树脂塔，得到第二渗透液，所述的第二离子交换树脂是指强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或者阴阳离子交换树脂的混合床；将第二渗透液送入蒸发器浓缩，得到蔗糖浓缩液，再经过结晶、离心、干燥，得蔗糖成品。上述工艺可批量生成高纯度的精制蔗糖，色素去除率达到99.9%，盐分去除率达到98%，产品的蔗糖分达到99.9%，达到国家优级糖的标准。

权利要求

1.一种二步法制糖的工艺，其特征在于，包括如下步骤：A、化糖：将粗糖通过加水加温至80℃溶解，制成糖浆，蔗糖含量为60%；

B、预处理：将糖浆通过板框进行预处理，去除胶体或较大的颗粒状杂质；所用板框滤布的精度为4μm；

C、陶瓷膜过滤 ：将收集到的预处理后的糖浆，通过陶瓷膜微滤，平均孔径是200nm，过滤的温度为70℃，过滤压力为0.4Mpa，得到糖浆清液；

D、一级离子交换脱盐：将糖浆清液用大孔强碱性阴离子交换树脂进行离子交换脱盐和脱色，树脂柱中的流速为4BV/h，温度为60℃，径高比为1/8，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

E、二级离子交换脱盐：将步骤D中得到的糖浆用阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，树脂柱中的流速为4BV/h，温度为50℃，径高比为1/5，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

F、浓缩：将步骤E中得到的糖浆送入MVR蒸发器，浓缩温度为65℃，将糖液浓缩到过饱和度为1.05，得到蔗糖浓缩液；

G、结晶：加晶种，养晶1.5h，再以0.2℃/min的速度缓慢降温到60℃，析出蔗糖结晶；

H、离心分离：将蔗糖结晶用离心机离心，转速8000rpm，时间25min；

I、干燥 ：在 90℃下干燥 4 小时，得到成品。

说明书

一种二步法制糖的工艺及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种二步法制糖的工艺及装置，属于制糖技术领域。

背景技术

[0002] 国际上大多数发达国家制糖是采用“二步法”的制糖生产方法。大部分的糖厂生产原糖，然后供给精炼厂生产精糖。“二步法”制糖即是糖料先用较为简单的工艺（石灰法）生产原糖（即粗糖），再回溶，经提纯后重新结晶生产白砂糖，如要产精制糖（即纯度更高、色值更低、杂质更少的一种高指标要求的白砂糖），在脱色、除盐方面需再经过离子交换等方面的处理。“二步法”的主要优点是，经二次澄清去杂，二次结晶提纯，产品质量高，能满足高档消费的需求。精炼糖可以常年生产销售，根据市场情况灵活生产，不存在变质因素的影响，质量好价格高。“二步法”中由于石灰法制原糖的方法简便，甘蔗生产原糖的过程流程最短，能够在最短的时间内生产出原糖，且由于生产原糖时，甲糖和乙糖混合都作为原糖的产品，大量减少蒸汽消耗，减少无形损失，因此在同样的制炼设备条件下，生产能力可以提高20-30%。

[0003] 但是现有的精制糖的生产是采用原始的石灰法沉淀加硫漂的工艺。该方法有如下缺点：第一，使用了板框压滤，属于比较传统、自动化程度比较低，劳动密集型的设备，该设备的工作环境恶劣，生产效率低下，且过滤精度不够，不能有效地去除糖浆中的胶体、鞣质等杂质，会给后面的工序段带来较大的生产负荷；第二，使用了石灰法沉淀技术，会产生大量的残渣，对环境污染较严重，且在生产中引入新的杂质---灰分，造成产品质量较低；第三，该工艺的脱色是使用硫熏法，产品中会有硫残余，对人体健康有害，且二氧化硫漂白过的糖，久置后会发生发色现象。随着国家对食品安全要求的进一步提高，该方法将被限制使用；第四，没有使用离子交换脱盐，无法去除糖液中残存的盐分，造成产品灰分较高，品质较低或是不合格，第四，使用了传统的三效蒸发器，浪费了大量的能源，相比较MVR等先进技术，能耗较高。第五，相关的工艺参数并没有达到最优化，造成能源的浪费。有鉴于此，依然有待于提出一种优化的“二步法”制糖的生产工艺。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种较为节能环保、投资少的“二步法”蔗糖生产工艺，它具有无污染，产品质量高，工艺流程短，能耗低，投资小，占地面积小等特点。技术方案如下：

[0005] 一种二步法制糖的工艺，包括如下步骤：

[0006] 第1步、将粗糖加水溶解后获得粗糖浆，将粗糖浆依次送入粗过滤器、微滤膜进行过滤，得到滤液；

[0007] 第2步、将滤液送入第一离子交换树脂塔，得到第一渗透液，所述的第一离子交换树脂是指大孔强碱性阴离子交换树脂；

[0008] 第3步、将第一渗透液送入第二离子交换树脂塔，得到第二渗透液，所述的第二离子交换树脂是指强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、或者阴阳离子交换树脂的混合床；

[0009] 第4步、将第二渗透液送入蒸发器浓缩，得到蔗糖浓缩液，再经过结晶、离心、干燥，得蔗糖成品。

[0010] 在第1步中，粗糖浆的质量浓度优选是40%～80%，可以保证粗糖糖浆具有合适的粘度、也可以保证工艺生产效率，如果浓度过大时会使糖浆的粘度过高，在粗过滤器和微滤膜中通量不适合于工程所需，如果浓度过低，则会导致料液较稀，后续的蒸发过程能耗偏大，结晶产率低。更优选的，质量浓度是60%，在这个浓度范围下，可以保证粗糖中的大分子、胶体杂质的溶解度低，可以通过微滤膜将其截留，保证后续蔗糖成品的产品质量，还同时可以保证糖浆的粘度较小，后期膜过滤的通量较大，后序的蒸发量也较小，可以保证较高的生产效率。该步骤中的粗过滤器包括但并不局限于袋式过滤器或筛网（筛网的孔径优选为0.1μm-5μm）等，以充分去大颗粒的杂质。微滤膜优选采用陶瓷微滤膜，其具有机械强度高、耐酸碱腐蚀、过滤精度高的优点。微滤膜的作用是去除粗糖糖浆中的一些颗粒杂质、胶体等，可以提高产品的纯度和品质。为了使过滤效果更优，需要对微滤膜的平均孔径的大小进行选择。如果平均孔径太小，则会导致过滤通量太小，则会导致过滤通量太低，而且一部分较大颗粒的蔗糖会被截留，影响到收率，如果平均孔径太大，会导致一部分杂质透过膜层进入至渗透侧，影响到产品的品质。优选的微滤膜的平均孔径范围是50～500 nm。微滤过程的温度与蔗糖及杂质、胶体的溶解度及体系的粘度有关，如果温度过高，会导致杂质、胶体也溶解于物料中，无法得到分离去除，如果温度过低，则会导致一部分蔗糖不能溶解，被分离膜截留，使整体的收率降低，优选温度是50～90℃，在此温度下，还可以较好地保证通量较大且下降比较缓慢，同时能耗相对较低。过滤压力若偏小时，会导致通量低，不合适于工程实际需求，如果压力过大时，会导致一部分大部分杂质被压，透过膜层，导致产品品质不好，而且会产生较严重的膜孔堵塞，使其不易被清洗，优选的过滤压力是0.1～0.5MPa。

[0011] 第2步中，大孔强碱性阴离子交换树脂具有脱盐和脱色的效果，并且可以去除蔗糖液中的一些阴离子，并且具有脱色的效果。更优选的，第一离子交换树脂塔的径高比为1/3～1/10，流速为2～10BV/h，温度为40～80℃。发明人发现，在吸附塔径高比为1/8，流速为4 BV/h，温度为60℃时，糖液的粘度较小，吸附的效果最佳，既能保证脱色效果，又能保证较高的生产效率，同时能耗相对较低，且蔗糖的收率较高。

[0012] 第3步中，离子交换树脂为强酸性或者弱酸性阳离子交换树脂，也可以是阴阳离子交换树脂的混床，其可以起到脱除阳离子的作用，也可以起到脱色的作用。所述第二离子交换树脂塔径高比为1/3～1/10，流速为2～10BV/h，温度为30～70℃。此外，发明人发现，在吸附塔径高比为1/5，流速为4BV/h，温度为50℃时，脱盐的效果最佳，可以脱去95%的盐分，同时蔗糖的收率较高。

[0013] 第4步中，蒸发器最好是采用MVR蒸发器（Mechanical Vapor Recompression），浓缩温度为30～80℃，待糖液浓缩到过度饱和度为1.05左右，降温结晶；其中养晶时间为1.5h，降温速度为0.2～1℃/min，优选为0.4℃/min，将温度降至5℃。离心分离时离心转速为5000～8000rpm；优选是鼓风干燥，干燥温度为90～100℃。

[0014] 在本发明的一个最优实施例中，微滤膜的平均孔径是200 nm，微滤的过滤温度是70℃，微滤的跨膜压差是0.4 MPa，在这个参数范围下，200 nm的微滤膜截留去除掉蔗糖中的一些脂肪、蛋白质，这可以保证离子交换树脂的寿命延长，而且可以防止树脂被大分子杂质吸附，影响到对于盐和色素的脱除率。

[0015] 基于上述的方法，本发明的另一个目的是提供了一种二步法制糖的装置，包括有依次连接的粗过滤器、微滤膜、第一离子交换树脂柱、第二离子交换树脂柱、蒸发器、结晶器、离心机、干燥器。

[0016] 进一步，所述的微滤膜的平均孔径是50～500 nm。

[0017] 进一步，所述的第一离子交换树脂柱中填充的是大孔强碱性阴离子交换树脂。

[0018] 进一步，所述的第二离子交换树脂柱中填充的是强酸性阳离子交换树脂或者弱酸性阳离子交换树脂。

[0019] 有益效果

[0020] 本发明所述工艺具有如下优点：

[0021] 1、采用上述工艺，即可批量生成高纯度的精制蔗糖，在较优的实施例中，产品的色素去除率达到99.9%，盐分的去除率达到98%，产品的蔗糖分达到99.9%，电导灰分低于0.01%，且二氧化硫含量未检出，达到国家优级糖的标准，同时蔗糖的回收率在99%以上，该蔗糖成品在放置半年后，未见传统工艺中的返色现象。

[0022] 2、该工艺对新设备和传统工艺的参数做了大量的优化工作，得到最优的生产工艺参数，保证了生产的高效节能的运行，同时产品的品质较高。该生产工艺比较节能，相比较传统生产工艺，自动化程度高，可节省70%的人工费用，降低了25%以上的生产成本，经济效益显著。

[0023] 3、用陶瓷膜替代了传统的板框压滤和石灰沉淀法，省去了板框压滤和石灰法沉淀步骤，大大缩短了工艺流程，一方面减小了人力投入，提高了生产效率；陶瓷膜相比较传统的聚酰胺或聚醚砜类材质有机膜，可以耐受高温、高压、化学腐蚀，且使用寿命较长；另一方面也避免了固体废弃物对环境的污染。

[0024] 4、用离子交换法脱色工艺替代了传统的硫熏工艺，一方面解决了成品蔗糖中硫残余的问题；另一方面也省去了硫熏的工序段，减小生产成本；

[0025] 5、用离子交换法脱盐，更加有效的除了蔗汁中的灰分，提高产品质量。

[0026] 6、用MVR设备浓缩，极大地降低了能耗，且蒸发温度较低，不会因温度高而使糖焦化，产生新的色素。

[0027] 7、生产工艺较为简单，流程较短，控制过程简单，人员劳动强度和使用量大大减少，产品质量控制稳定。

[0028] 8、采用膜分离设备和离子交换设备，减小了设备的占地面积，降低了基建成本。

附图说明

[0029] 图1是本发明提供的制糖工艺流程图；

[0030] 图2是本发明提供的制糖装置示意图。

具体实施方式

[0031] 实施例1

[0032] 一种蔗糖生产的新工艺，它包括以下步骤：

[0033] A、化糖：将粗糖通过加水加温至80℃溶解，制成糖浆，蔗糖含量分别约为40%、50%、60%、70%、80%左右；

[0034] B、预处理：将糖浆通过板框进行预处理，去除胶体或较大的颗粒状杂质；所用板框滤布的精度为0.1μm；

[0035] C、陶瓷膜过滤：将收集到的预处理后的糖浆，通过陶瓷膜微滤，平均孔径是50 nm，过滤的温度为50℃，过滤压力为0.5Mpa，得到糖浆清液；

[0036] D、一级离子交换脱盐：将糖浆清液用大孔强碱性阴离子交换树脂进行离子交换脱盐，同时也能起到脱色的作用，树脂柱中的流速为2BV/h，温度为70℃，径高比为1/3，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0037] E、二级离子交换脱盐：将步骤D中得到的糖浆用阴离子交换树脂进行脱盐，同时也能起到脱色的作用，树脂柱中的流速为10 BV/h，温度为30℃，径高比为1/10，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0038] F、浓缩：将步骤E中得到的糖浆送入MVR蒸发器，浓缩温度为65℃，将糖液浓缩到过饱和度为1.05，得到蔗糖浓缩液；

[0039] G、结晶：加晶种，养晶1.5h，再以0.2℃/min的速度缓慢降温到60℃，析出蔗糖结晶；

[0040] H、离心分离：将蔗糖结晶用离心机离心，转速8000rpm，时间25min；

[0041] I、干燥：在90℃下干燥4小时左右，得到成品，测定色值、脱色率、脱盐率、蔗糖分和回收率等指标。

[0042] 。

[0043] 从表中可以看出，随蔗糖含量的增加，蔗糖的回收率出现下降的趋势，这主要是由于糖浆浓度变大后，导致有较多的蔗糖被截留，而且无法达到一定的浓缩倍数，但是，将蔗糖浓度控制在60%时，可以将粗糖中的大分子减小溶解度，使这些杂质更容易被截留，从而防止了这些胶体、蛋白等杂质影响到离子交换树脂，使其保持较高的脱盐和脱色率。该蔗糖成品在放置半年后，未见传统工艺中的返色现象。

[0044] 实施例2

[0045] 一种蔗糖生产的新工艺，它包括以下步骤：

[0046] A、化糖：将粗糖通过加水加温至80℃溶解，制成糖浆，蔗糖含量分别为60%左右；

[0047] B、预处理：将糖浆通过板框进行预处理，去除胶体或较大的颗粒状杂质；所用板框滤布的精度为5μm；

[0048] C、陶瓷膜过滤：将收集到的预处理后的糖浆，通过陶瓷膜微滤，平均孔径分别是50 nm、200 nm和500 nm，过滤的温度为90℃，过滤压力为0.1Mpa，得到糖浆清液；

[0049] D、一级离子交换脱盐：将糖浆清液用大孔强碱性阴离子交换树脂进行离子交换脱盐和脱色，树脂柱中的流速为10 BV/h，温度为40℃，径高比为1/10，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0050] E、二级离子交换脱盐：将步骤D中得到的糖浆用阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，树脂柱中的流速为2 BV/h，温度为70℃，径高比为1/3，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0051] F、浓缩：将步骤E中得到的糖浆送入MVR蒸发器，浓缩温度为65℃，将糖液浓缩到过饱和度为1.05，得到蔗糖浓缩液；

[0052] G、结晶：加晶种，养晶1.5h，再以0.2℃/min的速度缓慢降温到60℃，析出蔗糖结晶；

[0053] H、离心分离：将蔗糖结晶用离心机离心，转速8000rpm，时间25min；

[0054] I、干燥：在90℃下干燥4小时左右，得到成品，测定色值、脱色率、脱盐率、蔗糖分和回收率等指标。

[0055] 。

[0056] 从表中可以看出，当使用500 nm的微滤膜时，有较多的杂质会透过膜层进入到渗透侧，这些杂质不仅会影响到产品的纯度，也会影响到离子交换树脂的运行性能，导致脱盐和脱色的效率下降，如果采用孔径较小的微滤膜时，使产品的收率受到影响。

[0057] 实施例3

[0058] 一种蔗糖生产的新工艺，它包括以下步骤：

[0059] A、化糖：将粗糖通过加水加温至80℃溶解，制成糖浆，蔗糖含量分别为60%左右；

[0060] B、预处理：将糖浆通过板框进行预处理，去除胶体或较大的颗粒状杂质；所用板框滤布的精度为4μm；

[0061] C、陶瓷膜过滤：将收集到的预处理后的糖浆，通过陶瓷膜微滤，平均孔径是200 nm，过滤的温度分别为50℃、70℃、90℃，过滤压力为0.4Mpa，得到糖浆清液；

[0062] D、一级离子交换脱盐：将糖浆清液用大孔强碱性阴离子交换树脂进行离子交换脱盐和脱色，树脂柱中的流速为4 BV/h，温度为60℃，径高比为1/8，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0063] E、二级离子交换脱盐：将步骤D中得到的糖浆用阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，树脂柱中的流速为 4 BV/h，温度为50℃，径高比为1/5，得到的蔗糖糖浆的锤度为55；

[0064] F、浓缩：将步骤E中得到的糖浆送入MVR蒸发器，浓缩温度为65℃，将糖液浓缩到过饱和度为1.05，得到蔗糖浓缩液；

[0065] G、结晶：加晶种，养晶1.5h，再以0.2℃/min的速度缓慢降温到60℃，析出蔗糖结晶；

[0066] H、离心分离：将蔗糖结晶用离心机离心，转速8000rpm，时间25min；

[0067] I、干燥：在90℃下干燥4小时左右，得到成品，测定色值、脱色率、脱盐率、蔗糖分和回收率等指标。

[0068] 。

[0069] 从表中可以看出，当较高的微滤温度时，会导致物料中的一部分杂质的溶解度升高，在过滤的过程中透过膜层进入至渗透侧，这些杂质会影响到树脂的寿命以及脱色率和脱盐率，如果过滤温度低，则会导致浓缩倍数无法提升，导致了蔗糖的回收率偏低，在优选的条件下，可以达到99%的回收率和99%的蔗糖分。