离子交换树脂用于制造精糖

　 　　离子交换树脂用于制造精糖   

     离子交换树脂很善于除去糖液中的各种杂质，特别是有色物质和灰分。

      由于树脂的价格较高，树脂与所用设备的投资较大，而且还需要周期性地进行再生处理，使树脂保持良好的性能；如果所处理的物料含杂质较多，就会缩短树脂的工作周期，增大再生费用。因此，它主要用在精炼糖厂中生产精糖及优质糖浆，在一些甜菜糖厂中亦有用以处理清汁或糖浆，但它还较少直接用于甘蔗糖厂。

　　为延长树脂的工作周期和寿命、降低消耗与成本，糖液在通过树脂柱之前要经过适当的预处理，除去原料中的大部分非糖分，特别是其中对树脂有较大污染的成分  ( 如会堵塞树脂中微细孔道的悬浮物及大分子有机物 ) 。

　　通常将树脂装于圆筒形的树脂柱中，糖液连续地通过。树脂柱内装载树脂的体积称为床容积 (bed volume)  ，简写为 BV 。工业用的树脂柱的床容积通常由 1～10m3  ，也有较小或较大的。这是树脂柱的基本单位，它工作时的各种物料量都以 BV 为单位。例如溶液通过树脂柱的流量速度为 2～4BV/h  ，即每小时通过溶液的体积为树脂床容积的 2～4倍。树脂的处理能力亦常以 BV 为单位计算。


　　为制造高质量的精糖，使用离子交换树脂除去各种色素与杂质是效果最好也是现今最通用的方法。国外精炼糖厂从 50 年代已开始使用离子交换树脂对糖液进行高度脱色，初时是在经过骨炭或活性炭脱色之后再通过树脂脱色，以后不少新建或改建的炼糖厂以使用树脂脱色为主。

　　制造精糖的原料主要有原糖和白糖两类。

　　国外多数精炼糖厂以原糖为原料。原糖经过蜜洗后回溶成糖浆，经过碳酸法或磷酸法( 或兼用阳离子表面活性剂作脱色剂 ) 初步提净，经活性炭处理后再用树脂除去其中残留的色素和无机物，得到很高纯度和很低色值的糖浆。用它煮制精糖时，前三系 (或四系) 的糖可混合作成品。也有些厂不用活性炭，或用老化的旧树脂作前级处理。

　　国内的糖厂一般用白糖作原料，回溶后经过隔筛与粗滤器 ( 用石英砂或旧树脂 ) 除去悬浮物，然后用树脂处理，可制得低色值和低灰分的产品。

　　糖浆的粘度高，通过树脂床的阻力较大，故糖浆的浓度不能过高，如 62～68°Bx ，并保持 72～80℃。国外的大型炼糖厂为减少煮糖时的蒸发水量、加速煮糖过程，减少糖浆浓缩过程中的色值增加，常用三效膜式蒸发罐将糖浆再浓缩至 72～75°Bx  再煮糖。

　　在精糖生产中应用树脂，主要目的是除去色素，故所用的树脂要有较高的脱色性能。糖液中有色物质的种类很多，大部分是弱酸性的有机物，在水溶液中带负电，但也有部分有色物的酸性和电荷很弱，甚至不带电 ( 或有两性电荷 )；它们有部分是高分子量的。因此，通常使用阴离子型强碱性大孔树脂，它们能较好地除去带负电以至不带电的有色物，以及分子量较高的各种杂质，并较耐污染。它们除脱色外，还可吸附除去硫酸根和磷酸根等无机物。这类阴离子树脂以 OH－ 型式运行时，还可除去氯根和硅酸盐 。

　　应当先在实验室内进行小型试验，用不同类型的树脂和不同的组合来处理糖液，据此选取适当的树脂品种和组合，以及各项技术条件，作为设计和生产运行的依据。


　　 一、原糖回溶糖浆用树脂处理

　 　国外精炼糖厂早期使用苯乙烯系阴离子树脂。 如日本一糖厂日处理原糖 400 吨，有三个树脂柱，各装 5m3 强碱性氯型阴离子树脂。回溶糖浆先经过碳酸法清净，63°Bx，73℃，经颗粒活性炭处理后，用树脂处理使色值降低到约 0.3°St  。澳大利亚的精炼糖厂亦用苯乙烯系树脂，两组树脂柱串联，新树脂用在后柱，使用一段时间后转用在前柱，以充分利用其功能。葡萄牙 RAR 精炼糖厂日处理原糖 400 吨，有三组树脂柱，每组两柱串联，每柱装树脂 6m3 ，都是强碱性大孔阴离子树脂，两组运行，一组再生和备用。回溶糖浆用碳酸法处理后，为65°Bx，70℃，色值平均 700IU，进入树脂柱的速度为 2BV/h ，每工作周期处理 40～60BV 。脱色率约 66%，树脂寿命约 122 周期。

　　 80 年代后不少精炼糖厂用丙烯酸系阴离子树脂 ( 如 Amberlite IRA-958 ) 作前级脱色，糖浆通过它以后再进入苯乙烯系树脂柱。两者均使用大孔强碱性树脂，氯型运行。丙烯酸树脂的脱色能力强，容量大，较耐污染，并较易再生，使用盐水即可将它所吸附的杂质完全洗脱。将它用于第一柱，先除去大部分有机色素 ( 作为粗脱色 ) ；第二柱的苯乙烯树脂则善于除去芳香族有机物，包括一些丙烯酸树脂难以除去的不带电的有色物。这种组合方式的脱色作用比较彻底，并可保护较难再生的苯乙烯系树脂。用旧的苯乙烯树脂亦可移往第一柱继续使用。

　　芬兰 Porkkala 精炼糖厂 ( 日加工原糖 700 吨 ) 采用这种树脂组合。糖浆首先经活性炭过滤，66～70°Bx ，73～77℃，pH7.2～7.4，色值约 400IU  ，再连续顺序通过两个树脂柱。两柱的总脱色率为 78～80% ，最高可达 88% ，高于用两个苯乙烯系树脂柱。该厂有６个树脂柱，各装树脂 8m3。前柱装丙烯酸系树脂  Dolite A172 ，后柱装苯乙烯系树脂  Duolite A171P ( 及 Amberlite IRA-900) ，它们对高分子物质及弱酸性物质都有良好的吸附力。进入树脂柱的糖浆流量为每柱2BV/h ，即 16m3/h 。树脂的再生用碱性盐水，它含 NaCl 10% 和 NaOH 0.2%，先入第二柱，再入第一柱，流程与通过糖浆时相反，可较好地洗脱树脂吸附的杂质，再生剂亦得到充分利用。再生液的流速为 1.3BV/h 。这种组合方法的树脂工作周期和工作寿命都较长。以每 m3  树脂能处理的糖液干固物量来计算的树脂寿命，用两个苯乙烯树脂柱的组合为 23500 吨；而在丙烯酸 / 苯乙烯树脂组合，前者为 28000 吨，后者为 42500 吨。虽然丙烯酸树脂的价格较高，但运行费用和总成本都较低，它亦易于管理。

　　英国 Thames  精炼糖厂 ( 年加工原糖超过 100 万吨 )  在 1984 年改造时，亦采用这种树脂组合。为将糖浆彻底脱色，原糖经过蜜洗  ( 脱色率约 60%) 、碳酸法澄清和过滤 ( 脱色率50～ 60%) ，然后串联通过两级丙烯酸系树脂柱，再通过苯乙烯系树脂柱。前者每级有５柱，后者有６柱。每柱装载树脂 13m3  ，其直径为 3m ，总高 2.65m 。所用的丙烯酸系树脂为 IRA958S 、 AP247a (Bayer产品 )、和 A860(Duolite 产品)，所用的苯乙烯系树脂为 Duolite A171S、IRA900C、MSA1(Dow 产品 )、MP500A(Bayer 产品) 等。进入树脂柱的糖浆为 62～65°Bx，78～80℃， pH8.2～8.6。糖液通过的流速为2.5～3BV/h 。三级树脂柱的总脱色率 80～82% ，其中丙烯酸系树脂柱的脱色率 65～75%。第一级树脂柱的脱色负载率最高，每周期为 75000～125000 IU· BV，其他两级约为它的 1/3～1/2 。工作周期时间：丙烯酸树脂 40～60小时，苯乙烯树脂48～72 小时。再生液为 10%NaCl + 0.2%NaOH 。树脂使用寿命，丙烯酸树脂 19 个月，苯乙烯树脂 21～25 个月，处理的糖浆量，前者为 30000BV ，后者为28500BV 。

　　欧洲不少糖厂的糖液脱色用树脂  Asmit 295 ( 丙烯酸系 )  和 Asmit 265P ( 苯乙烯系 )  ，都是强碱性大孔树脂，氯型运行，交换容量较高 。


　　二、白糖回溶糖浆用树脂处理

　　国内糖厂制精糖用白糖作原料，回溶后经过活性炭或树脂提纯。林乐新等对多种方法的效果和工艺条件进行了详细的研究 ，发现使用树脂 IRA-900 、上树 705 、南开D-290  的脱色效果最好。为达到较完全的特色，宜将糖液串联通过两个脱色柱，可以用颗粒活性炭与树脂组合，也可以用两种树脂组合。经过研究对比，在广东顺德糖厂的方糖生产线的树脂脱色系统，第一级采用上树 705 ，它是丙烯酰胺系弱碱性阴离子树脂，脱色范围广、脱色容量大、抗污染能力强 ( 也可以用丙烯酸系弱碱性阴离子树脂如上树D-311)；第二级用苯乙烯系强碱性阴离子树脂 Amberlite  IRA-900 ( 或用南开 D-290)  进一步脱色并除去其他阴离子。它们均以氯型运行。两种树脂有不同的活性基和骨架结构，能较好地吸附糖液中各种不同成份和结构的有色物，将具有较强抗污染能力的 705 树脂放在前面，对后面的  IRA-900  树脂起到保护作用。

　　据生产实绩平均值，白糖回溶糖浆色值为 140IU ，经过 705 树脂后降至36IU，再经 IRA-900  树脂后降至 28IU。前一级的脱色率为 75% ，两级的总脱色率为 80% ，前级树脂每周期处理的糖液量为 80BV，后级树脂处理的糖液量为 330BV ，它们的连续工作时间比较长 ( 因糖液中杂质量不多 ) 。

　　 705 树脂在使用 120 周期以后，颜色由淡黄变为棕色，但脱色力下降不多；IRA-900 树脂使用 16 周期后，性能仍大致不变，说明树脂抗污染的能力较强。

　　第一级树脂用 NaOH 溶液再生，然后经酸化调整  pH 值。第二级树脂则用碱性盐水再生。总之，糖液脱色宜用两柱串联组合，第一级用耐污染、吸附容量大、脱色范围广的树脂，使它起主要的脱色作用，而将较易受污染、但有很强吸附效能的树脂作为第二级，以彻底除去有色物。充分发挥两类树脂的特长，得到较好效果。

　　大孔型树脂产生交换吸附作用的速度较快，所需时间较短，故物料通过的速度可以较高。但因糖液粘度大，通过树脂柱的阻力较大，在正常的压力条件下的最大流速只约 5BV/h 。