膜分离技能及其在糖厂的运用


膜过滤设备膜别离技能是近年新开发的一种高效别离技木，在许多职业中的运用开展得很快。它运用具有很微细的微孔的过滤膜来处理液体，将其间很小的微粒乃至溶解的物质截留别离出来。在制糖工业中运用膜别离技能的可能性，也受到国内外的注重，并进行了许多的研讨试验作业。


按照滤膜的微孔直径的巨细，一般分为三类，即微滤(MF)、超滤（UF）和反渗透（RO）。它们都是用压力差为推动力来迸行过滤。


超滤运用非对称性膜，其外表活化层有孔径为1～20nm的微孔，能够截留分子量为300－30万的各种蛋白质分子，或相应分子量的大分子和胶体微粒。别离分子量约1000或以下者亦称为毫微过滤（NF）。


反渗透只透过水（或有机溶剂），截留无机离子和一些分子量低于300的有机物截留粒径为 0.1—1nm。这种办法首要用于别离水（或溶剂）。


膜过滤设备微滤截留的微粒子不构成滤饼，但它的孔径散布较广，由0.02－10μm，过滤的物质以溶质的办法保留在滤余液中。别离的功能决定于膜微孔的尺度和形状。


膜过滤设备超滤膜的孔径一般用它截留物质的分子量巨细来界说，将能截留90％的物质的分子量为膜的截留分子量。用典型的已知分子量的球形分子如葡萄糖、蔗糖、杆菌肽、肌红蛋白、胃蛋白酶、球蛋白等作基准物进行此种测定。产品超滤膜的截留分子量从300到50万，划分为若干级。膜的截留分子量是对球形分子即尺度对称的分子而言的。不少有机物的高分子是长形，直径较小，能通过较小的微孔。


微滤和超滤膜设备的制作资料和产品型式都有多种。最常用的是高分子有机聚合物如醋酸纤维素、硝酸纤维素、混合纤维素酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，以及后期开发的聚砜和聚砜酞胺等。


膜过滤设备近年来用无机资料制作膜有很大开展，常用金属、金属氧化物、陶瓷和玻璃等资料。例如在多孔陶瓷的外表上由Al2O3、TiO2、ZrO2等成份构成微孔膜，一般用管状办法。或用不锈钢粉末等资料烧结制成。它们有耐热、化学稳定性好、机械强度高级长处，在糖厂的运用比有机膜要广泛。


微滤和超滤现已在多个范畴中广泛运用，特别是水的精制、酒类的精制、除掉液体中的纤细微粒、从工厂排出水中收回有用物质或搜集有害物质等。在制糖工业中运用微滤和超滤的可能性早就受到注意和研讨，近年来的研讨作业相当多。


膜过滤一般选用横向（切向）活动的作业办法，膜过滤设备所处理的液体在过滤面之上流过，流向与过滤面平行。大部分液体通过滤膜成为提纯液，少部分液体不透过，与被截留的溶质（一般是杂质）一起成为浓缩液向后排出。这种作业办法不同于惯例的过滤办法，后者亦称“一端不通”的过滤办法，不能通过滤层的物质积存在过滤面上成为滤饼。和它比较，横向流办法不通过过滤介质的剩余物量较大，但能够接连作业，过滤速度较高（因截留物的积存较少）。但用微滤膜隔除悬浮微粒时，亦可用惯例的过滤办法。


入料体积对浓缩液体积的比值以符号VCF表明，它是膜过滤的很重要参数，VCF值大意味着杂质浓缩程度较高，剩余液体积较小，但膜内过滤功能会下降（因杂质积聚较多）。


跟着制糖工业的迅速开展，膜过滤设备新技能和新设备的不断出现，对膜别离处理技能也进行了许多的研讨，许多的试验证明，膜处理技能在制糖工业上具有实用价值。不只能够进步产品质量，制取新产品，还能够对资源有用运用。


传统的工艺是加入石灰、SO2、磷酸等沉积剂沉积混合汁中的色素等杂质，可是其间的葡聚糖、淀粉、脂蜡非糖大分子难以除掉，比较之下，选用超滤办法能够有用除掉。将传统的清净工艺与超滤办法结合能够收到杰出的作用。过滤之前，需求将悬浮物去掉，避免损坏滤膜。


美国进行了多项研讨，膜过滤设备用陶瓷膜过滤器混合汁，过滤后糖汁锤度不变，色值下降20%，浊度削减90%，混浊物除掉99.6％，此外，淀粉除掉46％，葡聚糖除掉77％。同时糖汁纯度进步，锤度根本不变，阐明蔗糖没有丢失。


将通过超滤的糖汁进行后续的蒸腾结晶试验比照，发现通过超滤的糖汁尽管没有加防垢剂，可是在蒸腾罐内发生的积垢要少的多，这样在出产上能够削减清垢和能耗。膜处理的脱色作用超过了传统的结晶作用。这意味着选用膜过滤可能替代传统的混合汁弄清进程。


丹麦试验将甜菜渗出汁加少数石灰中和并过滤除掉不溶物后，膜过滤设备用聚砜超滤膜在60～80℃和0.4－0.6MPa下过滤，滤汁纯度91.5－94.5％，色值1000－25001U，脱色率95％。用超滤膜处理糖浆，80℃，0.42MPa，糖浆为65°Bx，可除掉色素30—50％，糖浆纯度进步1－15％。超滤膜的截留分子量较小者，脱色作用较高。


膜过滤设备我国制糖作业者具体研讨了用超滤膜处理甘蔗糖厂不同蔗汁的作用。超滤膜的原料为聚醚砜，截留分子量分别为1万、2万和7万。处理的蔗汁分别为亚硫酸法糖厂的混合汁、中和汁和混合清汁（清汁和滤汁的混合物）。混合清汁用超滤膜处理后，色值下降30－38％，浊度下降40－57％，纯度上升0.5－0. 8%；混合汁用超滤膜处理后，色值下降81－84％，浊度下降96－97％，纯度上升16－19%。


将不同截留分子量的超滤膜作用进行比照，分子量为1万的作用略优于7万者，滤汁质量稍高。这些数据还有两点值得注意：


）混合汁处理后的滤汁的色值和浊度都低于处理清汁者。这阐明蔗汁在亚硫酸法处理进程中生成了分子量较低的、能通过超滤膜的有色物和浑浊物。


）蔗汁用超滤膜处理，纯度有所进步，但上增值不大。这是因为它除掉的无机物不多，大部分无机物是低分子量的，它们是影响蔗汁纯度的首要因素。


广东膜过滤设备和广西的糖业界曾研讨运用国产的PA微孔管过滤器处理蔗汁和糖浆，它是一个圆筒形容器，内装多条微孔过滤管，液体从外面通过它的微孔进人管内会集流出。过滤管是聚乙烯烧结微孔管，直径25mm，有不同类型，截留微粒的直径为0.1－ 10 P m。曾试验过滤亚硫酸法糖厂的清汁（弄清汁与滤清汁的混合物），蒸腾糖浆和炼糖厂的回溶糖浆（已加活性炭），都能将糖液中的不溶物除掉大部分，色值略有下降，纯度略有进步。用于过滤清汁的过滤速度较高，过滤后用热水和压缩空气反洗可将沉积物铲除。用于过滤糖浆时的过滤速度较低，且较易被阻塞。


膜过滤设备超滤与高分子交流树脂的组合运用


精粹糖的制作是采纳将蔗糖回溶然后用活性炭、离子交流树脂等处理回溶糖浆，除掉其间的杂质，然后再煮糖结晶得到精粹糖，该办法需求对树脂或许活性炭进行处理再生。


将精粹糖厂的中心糖蜜稀释后用陶瓷膜（截留分子量30万）过滤。滤液浊度下降91％，色值下降14%，通过剖析发现这种处理除掉了绝大部分高分子物质和悬浮微粒，今后再用树脂就很少受污染，是离子交流法一种极好的前处理办法。


将上述的膜滤前和膜滤后的糖液分别浓缩到高浓度再测定其粘度，在80°BX下，已滤糖液的粘度为500CP，而未滤者为1000CP前者低约一半；在84°BX下，两者的粘度分别为1700和2700CP已滤者低约37％。通过膜滤的糖液的粘度下降约相当于糖液浓度下降2°BX，因而可进步起糖分收回3—5％。这种膜过滤的余留液含有许多的糖分和浓集的杂质，能够加水稀释后再用膜过滤，将糖分收回。


美国夏成夷糖业公司（H＆CS）的Puunene糖厂和法国Annlexion公司协作。开发了一种将清汁超滤和软化相结合的体系，从1994年末开始运用；是世界上第一个在出产规模运用超滤的甘蔗糖厂，运用的作用较好。该糖厂用石灰法出产优质原糖（color sugar）。供其他糖厂制精粹糖。


他们将石灰法的清汁先进行初滤，加热后进行超滤，超滤汁用树脂处理软化再入蒸腾罐。它进步了产品糖的质量和收回率，削减了蒸腾罐积垢和清洗所用药剂，并下降了汽耗。


清汁先经杰出的初滤除掉蔗糠和悬浮物，以利于后边的处理。运用两台接连过滤机主动铲除滤渣。超滤选用陶瓷膜元件，外表掩盖氧化ZrO2，末级超滤柱的剩余液，会集了蔗汁中的绝大部分杂质，其体积约为进入蔗汁的10％。随运用时刻延伸，超滤膜逐步被阻塞，压力差增大，当它到达可答应的最大值时，该出产线就主动停机进行清洗，间隔为24－48h，决定于所处理的蔗汁的质量。体系的清洗是主动进行的。先用热水、再用低浓度次氯酸钠的溶液，最后用磷酸冲刷，每次约2h。


超滤汁的再用强酸性钾钠型阳离子树脂处理，超滤汁用泵压入树脂住的底部，向上通过树脂层从顶部排出。蔗汁中的钙镁离子被树脂的钾钠离子置换，树脂柱可运用8－10h，决定于蔗汁中的钙镁盐含量。树脂的再生是运用乙糖蜜，因为清汁中的钙镁被钾钠置换，该糖蜜中含钾钠较多而钙镁较少。将它通过上述的树脂，乙糖蜜中的钾钠可将树脂中的钙镁置换；使树脂康复钾钠型，能够再用于将糖汁软化；钙镁则转入糖蜜中，将它煮制丙糖，因钾钠含量较低、造蜜作用较弱，可削减糖蜜含糖量。这种办法实质上是将清汁中本来的钙镁跳过蒸腾罐和煮制甲、乙糖的阶段，直接转移到乙糖蜜和丙糖膏中，总的灰分平衡状况没有改动，终究各成份的数量没有增减。此外还有盐水体系，必要时用盐水将树脂再生。


纳滤膜收回离子交流进程的再生试剂和洗刷水


精粹糖厂一般是运用离子交流树脂来脱色糖液，离子交流法尽管作用很好，可是再生溶液和洗刷水量大，而且含有许多的NaCl和有色物质，处理要耗费许多的药品和水，纳滤是现在处理这一问题的最佳办法。1994年法国的马赛糖厂就此进行了深入研讨，试验作用杰出。而后，纳滤装置于1997年在Saint-Louis炼糖厂投入试验运用，结果发现脱除盐分到达80~90%，削减排污量90%，收到了杰出的作用。


、存在的问题


我们在2001—2002榨季到广西明阳糖厂进行了超滤膜处理混合汁的试验研讨。用0.1μm有机滤膜处理从压榨机榨出的混合汁，通过试验，发现通过膜处理后的混合汁起色值作度有所下降，能够除掉许多杂质，可是在运用傍边发现一些问题：


、用超滤膜处理蔗汁，每平方米膜每小时得到的滤液量约30L。这样的过滤速度很难满意出产的需求。如要到达糖厂几百吨／小时的过滤量，则要约上千平方的超滤膜，这在出资和管理上都难以实施。如果尤其是甘蔗糖厂，其出产的蔗糖附加值太低，选用膜过滤办法将难以收回其出资。现在一般选用膜处理的进程多为生化、食物等具有较高产值的产品。在蔗糖出产上的大规模运用还有待膜价格的下降；


、超滤膜在运用时易受污染，功能下降较快，以及过滤余留物的量较大，将残液的糖份收回也是一个比较费事的问题，膜过滤需求一个停机清洗的进程，在糖厂来说，那就需求两套体系，明显还是出资过高；


、膜过滤的操作进程比较费事，对工厂工人的本质要求很高，现在在我国明显无法完成。