混床在淀粉糖精制中的應用
[摘要]本文主要介紹了混床在淀粉糖中的應用試驗和應用實(shí)例,糖液經(jīng)陽(yáng)陰離交柱后,糖液中還含有少量陽(yáng)陰離子和二氧化硅,通過(guò)混床對糖液進(jìn)行除硅、脫鹽和脫色,提高淀粉糖液質(zhì)量。實(shí)際使用表明,混床樹(shù)脂對淀粉糖液具有很好的除硅性能、脫鹽效果,且物化性能穩定。
[關(guān)鍵詞]混床樹(shù)脂;淀粉糖;除硅;脫鹽
1 前言
淀粉糖是以谷物、薯類(lèi)等農產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的糖品,其中最主要的原料是玉米和大米。淀粉糖作為新型甜味劑正在越來(lái)越廣泛的應用在食品工業(yè)中,增長(cháng)速度非???,行業(yè)景氣度上升很快。隨著(zhù)淀粉糖應用行業(yè)對淀粉糖質(zhì)量要求的日趨嚴格,這就促使淀粉糖精制技術(shù)不斷改進(jìn)和完善,達到較高水平。
高端淀粉糖應用廠(chǎng)家要求二氧化硅含量小于20PPM、電導率小于2μs/cm。為此,必須采用混床,利用混床對淀粉糖進(jìn)行產(chǎn)品精制是一種很好的方法,進(jìn)一步除硅、脫鹽和脫色,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
混床是將陰陽(yáng)樹(shù)脂按一定比例裝置填在同一交換器中,運行前將它混合均勻。淀粉糖液在通過(guò)混床后,所產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子立即生成溶解度很低的水,很少形成陽(yáng)離子或陰離子交換時(shí)的反離子,使交換反應進(jìn)行徹底,混床出糖液質(zhì)量好?;齑脖仨毚?lián)在陽(yáng)陰床后面,用于淀粉糖液的精制。
2 試驗部分
2.1儀器和試劑
2.1.1試驗儀器: 50mL磨口比色管,755B紫外可見(jiàn)分光光度計,REF 103型折光儀,pHS-25pH計,DDS-11A電導率儀。
2.1.2 試驗試劑:30%工業(yè)鹽酸,30%工業(yè)氫氧化鈉,去離子水。
2.1.3 試驗進(jìn)料:山東諸城東曉生物科技有限公司二級離交陰柱麥芽糖出料,pH3.88、電導率16.0μs/cm、色度為10、透光率99%,二氧化硅含量88.5ppm。
2.1.4 試驗樹(shù)脂:爭光混床樹(shù)脂D001MB和D201MB。
2.1.5 試驗吸附柱:直徑為2.0cm,長(cháng)為30cm玻璃吸附柱。
2.2實(shí)驗過(guò)程
新樹(shù)脂先用去離子水浸泡24小時(shí),讓樹(shù)脂充分溶脹,再用去離子水洗至浸泡水澄清無(wú)雜質(zhì)。對陽(yáng)陰樹(shù)脂進(jìn)行預處理,陽(yáng)陰樹(shù)脂用4%鹽酸溶液和4%氫氧化鈉溶液交替處理2次,每次用2倍樹(shù)脂體積的用量浸泡8小時(shí)并用去離子洗至中性。最后,陽(yáng)樹(shù)脂用4倍樹(shù)脂體積4%的鹽酸溶液處理樹(shù)脂,用去離子水洗到pH值為5,備用。陰樹(shù)脂用4倍樹(shù)脂體積4%的氫氧化鈉溶液處理樹(shù)脂,用去離子水洗到pH值為8,備用。
將再生好的陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂以體積比為1∶2進(jìn)行混合,取80ml混合好的樹(shù)脂裝填在交換柱中,在室溫條件下,將料液從上向下通過(guò)樹(shù)脂層,運行流量為2.5BV/h,每5BV取交換柱流出液檢測pH、電導率、色度、透光率、二氧化硅。運行時(shí),當交換柱流出液中有二氧化硅大于20ppm時(shí),停止運行。
2.3實(shí)驗結果
混床運行出糖液pH、電導率、色度、透光率、二氧化硅數據見(jiàn)表1。
表1 混床運行出糖液pH、電導率、色度、透光率、二氧化硅數據
處理糖液體積數,BV | pH | 電導率,μs/cm | 透光率,% | 色度 | 二氧化硅,ppm |
5 | 6.20 | 0.77 | 99.9 | <5 | 6.3 |
10 | 6.11 | 0.80 | 99.9 | <5 | 4.6 |
15 | 5.47 | 0.90 | 100 | <5 | 3.7 |
20 | 5.41 | 1.00 | 100 | <5 | 4.2 |
25 | 5.46 | 1.18 | 100 | <5 | 4.9 |
30 | 5.45 | 1.32 | 100 | <5 | 9.6 |
35 | 5.48 | 1.55 | 100 | <5 | 11.8 |
40 | 5.01 | 1.80 | 100 | <5 | 16.5 |
45 | 4.81 | 2.2 | 100 | <5 | 24.6 |
2.4數據分析
從小試混床運行的試驗數據來(lái)看,混床對淀粉糖有很好的除硅脫色脫鹽效果?;齑矘?shù)脂對淀粉糖液進(jìn)行處理,混床流出糖液質(zhì)量相對進(jìn)料得到進(jìn)一步提高,特別是流出糖液二氧化硅含量可小于20ppm。在整個(gè)運行過(guò)程中,流出糖液pH值下降緩慢,流出液電導率也很低,維持1μs/cm左右,周期處理糖液量在40BV以上。
大孔混床樹(shù)脂由于其特定的大孔結構,樹(shù)脂抗污染能力強,具有很好的動(dòng)力學(xué)性能、耐溫性、穩定性和機械強度,非常適合實(shí)際生產(chǎn)。
3 應用實(shí)例
魯州生物有限公司作為淀粉糖行業(yè)領(lǐng)頭公司,采用混床對淀粉糖進(jìn)行精制?;齑?,是將陰陽(yáng)樹(shù)脂按一定比例裝在同一個(gè)交換器中,經(jīng)陽(yáng)陰床處理后的淀粉糖液再進(jìn)入混床,除去少量殘存陽(yáng)、陰離子和SiO2,經(jīng)混床處理制得品質(zhì)更高的淀粉糖液。該公司經(jīng)過(guò)對比篩選,最終選用國內離子交換樹(shù)脂行業(yè)具有先進(jìn)制造技術(shù)和應用技術(shù)的龍頭企業(yè)----浙江爭光實(shí)業(yè)股份有限公司混床樹(shù)脂對淀粉糖脫鹽脫色精制。
3.1 實(shí)際情況
混床交換器直徑1400mm,陽(yáng)樹(shù)脂裝填高度700mm,陰樹(shù)脂裝填高度1400mm,陽(yáng)陰樹(shù)脂總裝填量3.2m3,淀粉糖液陽(yáng)陰柱出料pH4.56、電導率16.23μs/cm、色度為5、透光率999%、二氧化硅86.5ppm。運行流速2.0BV/h,溫度50~55℃下吸附,經(jīng)混床樹(shù)脂處理的麥芽糖液質(zhì)量得到很大的提升?;齑策\行失效后,陽(yáng)樹(shù)脂采用酸液再生,陰樹(shù)脂采用堿液再生,再生流速1~2BV/h,50℃條件下再生,再生效果好,具有很大的經(jīng)濟效益。
大孔吸附樹(shù)脂實(shí)際應用流出液pH、電導率、色度、透光率、二氧化硅數據見(jiàn)表2。
表2 實(shí)際應用中運行流出液pH、電導率、色度、透光率、二氧化硅數據
處理糖液體積數,BV | pH | 電導率,μs/cm | 透光率,% | 色度 | 二氧化硅,ppm |
5 | 5.9 | 2.8 | 99.9 | <5 | 1.3 |
10 | 5.8 | 2.7 | 100 | <5 | 1.6 |
15 | 5.7 | 1.6 | 100 | <5 | 1.8 |
20 | 5.5 | 2.1 | 100 | <5 | 2.3 |
25 | 4.75 | 1.6 | 100 | <5 | 3.3 |
30 | 5.0 | 1.7 | 100 | <5 | 6.2 |
35 | 5.2 | 1.9 | 100 | <5 | 8.2 |
40 | 5.3 | 1.7 | 100 | <5 | 13.1 |
45 | 5.2 | 1.8 | 100 | <5 | 23.1 |
3.2 混床樹(shù)脂使用說(shuō)明
3.2.1 混床樹(shù)脂中陰樹(shù)脂說(shuō)明
魯州生物使用的混床為Ⅰ型強堿陰樹(shù)脂D201MB。與Ⅱ型強堿陰樹(shù)脂D202MB對比,D201MB優(yōu)點(diǎn)是耐溫性能好,活性基團不易降解,交換容量下降慢;D201MB樹(shù)脂缺點(diǎn)是再生洗脫率要差些,交換容量要低些。而D202MB缺點(diǎn)是耐溫性能差些,活性基團易降解,高溫下使用交換容量下降快;D202MB樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)是再生洗脫率高,抗污染能力強,交換容量大。一般進(jìn)混床糖液溫度在50~55℃, 就只能采用D201MB, 如果使用廠(chǎng)家能將糖液溫度控制在40℃以下,采用D202MB樹(shù)脂更好,處理容量和處理效果可得到很大的提高。
3.2.2 混床樹(shù)脂進(jìn)料說(shuō)明
同弱堿陰樹(shù)脂D354FD相比,強堿性陰樹(shù)脂的工作交換容量較低。在混床運行中,對出糖液質(zhì)量要求更嚴格,在實(shí)際使用中D201MB發(fā)揮的工作交換容量也就更低。在糖液中,不光只有二氧化硅分子,還有氯離子、硫酸根離子、二氧化碳、糖液中的色素,這些都需要強堿性陰樹(shù)脂交換處理,使得整個(gè)混床負荷加重。弱堿樹(shù)脂幾乎不能去除二氧化硅和二氧化碳,只能去除氯離子、硫酸根離子、糖液中的色素等,所以要提高陽(yáng)陰柱的離交效果,使得進(jìn)入混床的糖液電導率低,色度低,這有助于提高混床樹(shù)脂的除硅效果。
3.2.3 混床使用注意問(wèn)題及產(chǎn)生的影響
混床樹(shù)脂在使用時(shí),要保證樹(shù)脂分層效果、樹(shù)脂清洗干凈、樹(shù)脂混合效果。
3.2.3.1 陰、陽(yáng)樹(shù)脂分層的好壞是混床操作的關(guān)鍵。一般都采用水力篩分的方法,即借助反洗水將樹(shù)脂懸浮起來(lái),當其達到一定膨脹高度后,停止反洗,使樹(shù)脂盡快地沉降下來(lái)。這一操作應先是小流速使樹(shù)脂分層松動(dòng)后,再逐漸加大至流速為10~15m/h。為了加快樹(shù)脂的沉降速度,可在樹(shù)脂充分展開(kāi)后,停止反洗,由于陽(yáng)樹(shù)脂密度大,急沉于下面,而陰樹(shù)脂則在上面。分層一次不明顯時(shí),可第二次獲多次分層。在難以分層的情況下,可向樹(shù)脂中打入少量的堿,以加快反洗分層的速度?;齑卜謱有Ч缓?,樹(shù)脂交叉污染嚴重,導致運行出料電導率高、二氧化硅含量高、pH高、周期處理量少。
樹(shù)脂的高度應能使陽(yáng)陰樹(shù)脂分層后,其分層面位于中間排水管的中部。一些資料介紹,堿對陽(yáng)樹(shù)脂的污染較大,會(huì )導致出糖液pH偏高,為了避免堿對陽(yáng)樹(shù)脂的污染,把陽(yáng)樹(shù)脂裝在中排下約3CM處。這樣再生的廢液從中排管流出時(shí),可減少堿液對陽(yáng)樹(shù)脂的污染。
3.2.3.2 為了防止互串,淋洗水要適當,不宜過(guò)大或過(guò)小。淋洗水量可通過(guò)調整中間排水門(mén)的開(kāi)度來(lái)確定。整個(gè)再生過(guò)程中要經(jīng)常檢查淋洗水的通流情況,不能中斷?;齑矘?shù)脂未清洗干凈,同樣會(huì )導致運行出料電導率高、二氧化硅含量高、周期處理量少。
3.2.3.3 若陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合不均勻,會(huì )引起沉積在混床下部的陽(yáng)樹(shù)脂緩慢地釋放出殘余的再生液,使混床投入初期有酸性水泄漏,導致運行出料電導率高、二氧化硅含量高、pH低、周期處理量少。而且 ,混合不均的混床樹(shù)脂即意味著(zhù)上部有一部分強堿陰樹(shù)脂單獨存在,糖液經(jīng)過(guò)這部分樹(shù)脂時(shí)會(huì )局部產(chǎn)生高PH值, 在處理葡萄糖或果葡糖時(shí),糖液組份會(huì )因此改變。因而,陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合均勻十分重要。
3.2.4 混床使用的建議
3.2.4.1 建議陰樹(shù)脂采用40℃氫氧化鈉溶液再生和清洗,這樣有利于將再生時(shí)產(chǎn)生的硅酸鈉清洗出去,防止在樹(shù)脂上沉積而影響樹(shù)脂的交換能力和處理效果。
3.2.4.2 加強對污染樹(shù)脂的復蘇工作,由于淀粉糖行業(yè)的特殊性,對使用的混床樹(shù)脂需每半年用2倍樹(shù)脂體積約40℃的8%NaCl+2%NaOH混合液進(jìn)行“復蘇”。
3.2.4.3 再生混床樹(shù)脂時(shí)配置酸堿所用的純水,及置換淋洗所用的純水,須檢測其中的硅含量,最好是20微克/升以下,保證樹(shù)脂的再生效果。
3.2.4.4 混床最好雙柱串聯(lián)運行,這樣可提高單個(gè)混床的周期處理量。比如一條混床線(xiàn)四個(gè)柱,兩柱串聯(lián),一柱備用,另一柱再生;循環(huán)切換。如果單柱撤出的時(shí)間不到7小時(shí),則可能一條混床線(xiàn)設五個(gè)柱,兩柱串聯(lián)運行,一柱備用,兩柱再生;循環(huán)切換。
4 結論
綜合混床對麥芽糖液處理試驗以及在現場(chǎng)使用一年后性能的變化,以及淀粉糖液的通用性,可以得出以下結論:
4.1 采用混床對淀粉糖有很好的除硅脫鹽脫色效果。淀粉糖液經(jīng)混床樹(shù)脂處理后,產(chǎn)品質(zhì)量有很大的提高,經(jīng)濟效益好。
4.2 混床大孔離子交換樹(shù)脂有較高的耐氧化、耐酸堿、耐有機溶劑的性能,機械強度較好,在正常情況下,樹(shù)脂年損耗率小于10%。
4.3 此法工藝簡(jiǎn)單,不需要特殊設備,技術(shù)容易掌握,可實(shí)現自動(dòng)化。裝置運轉過(guò)程中熱能、電能消耗較低。使用混床對淀粉糖液進(jìn)行除硅脫鹽脫色,具有很好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
下一個(gè): 離子交換法在鉬酸銨溶液中除釩的應用研究 上一個(gè): 大孔吸附樹(shù)脂在含酚廢水中的應用研究(論文)