超低硫白砂糖的製糖生產新方法
2023-07-20 20:40:56 5
專利名稱：超低硫白砂糖的製糖生產新方法
技術領域：
本發明涉及一種以甘蔗為原料，用碳酸法工藝生產超低含硫量的白砂糖生產新方法。
背景技術：
一般甘蔗糖廠分為碳酸法和亞硫酸法，兩種方法都需要不同程度地加入二氧化硫進行脫色，此過程稱為硫燻。硫燻分兩次進行，蒸發前的清汁硫燻是為了降低色值並抑制高溫蒸發時新的色素生成，蒸發後的糖漿硫燻有利於進一步降低煮糖清漿的色值，生產出符合色值指標的成品白砂糖。
硫燻對產品質量具有正反兩方面作用，其一，硫燻可以降低成品糖色值；其二，硫燻增加了成品糖的SO2含量(簡稱含硫量)。如何解決硫燻這個矛盾體，使之既達到降低成品糖色值又不增高成品糖的含硫量，是製糖生產多年來面對的非常棘手的問題。長期以來，國家白砂糖的衛生質量標準之一SO2含量為精製糖10ppm以下、優級糖20ppm以下、一級糖40ppm以下。之所以允許白砂糖較高的含硫量，主要是考慮低硫量無法同時也達到低色值的目的，兩者之間必須求得平衡，尤其是對佔糖廠多數的亞硫酸法生產工藝。一般來講，一定的甘蔗製糖生產方法，對應一定的白砂糖級別和一定範圍內的色值與含硫量。就甘蔗碳酸法製糖來說，盡其最大能力只能生產色值為80-140IU(國際單位)的一級白砂糖或含少量80IU以下的優級糖，此時對應的成品糖含硫量一般為10ppm以上，亞硫酸法糖廠就更高。如果再進一步降低含硫量，則由於硫燻不足，成品糖的色值必然升高，無法達到一級白砂糖標準。要在現有碳酸法製糖工藝中將色值穩定在100IU左右的一級白砂糖的含硫量控制在8ppm以下，難度是非常大的。
白砂糖產品中含硫量偏高，不僅對消費者的健康產生不良影響，同時也影響了以白砂糖為生產原料的各種飲料、食品等產品質量。隨著人們對綠色、營養、健康食品的日益追求，從2002/2003榨季起，國家將白砂糖的主導產品一級糖的SO2含量從40ppm調整為30ppm，並且要求逐年降低。而國內外一些生產高級飲料的企業，如可口可樂、百事可樂等公司則更要求白砂糖SO2含量為5ppm以下，實為超低白砂糖，因此探索超低硫白砂糖的生產新技術是整個製糖行業一項刻不容緩的任務。
技術內容為掌握超低硫白砂糖的生產方法，本發明人經過大量試驗、改進和生產實踐，發明了一套完備的碳酸法工藝生產超低硫白砂糖的革新技術。本發明是在原有的工藝過程的基礎上，即維持原碳酸法蔗汁澄清技術，如一碳加灰飽充、一碳過濾、二碳飽充、二碳過濾、清汁硫燻、糖漿硫燻等基本流程不變，但對其中一些具體工藝條件進行了革新和對設備進行改進，成功地將白砂糖色值控制在100IU左右，含硫量5ppm以下。
為了達到上述的將白砂糖色值控制在100IU左右，含硫量5ppm以下的技術指標，本發明人在大量的研究、試驗和生產實踐當中，發現了幾個重要的事實依據其一，在煮糖過程中，糖膏和結晶糖中的含硫量主要與蒸發後的糖漿硫燻強度成正比，與蒸發前的清汁硫燻強度關係不大。這是因為，儘管相對於糖漿硫燻來說，清汁硫燻要加入更多的SO2，但在隨後的蒸發過程中，大部分沒有參與脫色反應的殘餘SO2一部分揮發掉，另一部分被高溫氧化，對成品糖的含硫量貢獻不大。而糖漿硫燻的SO2雖然用量少，但反應後的殘餘部分卻全部進入煮糖過程。大量試驗結果表明，清汁硫燻僅使白砂糖含硫量達2-3ppm，其增高部分全部來自於糖漿硫燻。其二，從脫色效果上看，清汁硫燻的脫色率高達50％，糖漿硫燻的脫色率卻小於15％。因此要保證一般成品糖的低含硫量，只需考慮如何降低糖漿硫燻，但要生產低於5ppm的超低硫白砂糖，就必須同時考慮糖漿和清汁硫燻的雙重影響。其三，要降低兩次硫燻的強度，其前面的一碳、二碳飽充必須達到較高的清淨效率和脫色率，減低硫燻的脫色負擔，同時二碳汁的最終鹼度要低於傳統的最佳PH值，使清汁硫燻的起點和終點PH值範圍減小。可見，要達到生產超低硫白砂糖的目的，就必須對整個製糖清淨過程進行綜合改進。
本發明的技術方案如下超低硫白砂糖的製糖生產新方法包括碳酸法白砂糖生產過程的蔗汁澄清的一碳加灰飽充、一碳過濾、二碳飽充、二碳過濾、清汁硫燻和糖漿硫燻的工藝，其改進的工藝是在一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣；在二碳加灰飽充過程延長凝聚時間；降低清汁和糖漿硫燻強度；強化硫燻過程液-氣的混合與反應過程。
以上所述的一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣的工藝是在一碳加灰飽充罐內將CO2氣體以強制循環的方式與飽充罐內的糖汁混合，這種強制混合、外部回流循環的方式有幾種形式1.CO2氣體與飽充罐內的糖汁形成旋流混合；2.使飽充汁形成均勻細小泡沫；3.將飽充罐內的糖汁回流強制循環。這3種形式可以採用其中的一種或二種或三種。
以上所述的在二碳加灰飽充過程延長凝聚時間的工藝是在現有飽充和收集桶之後增加一個凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分鐘。
以上所述的降低清汁和糖漿硫燻強度的工藝是將清汁硫燻的起始和終點範圍從PH8.4-6.8左右減至PH8.2-7.0左右，糖漿硫燻的終點從PH6.2左右升至PH6.6左右。即按每單位體積清汁和糖漿的兩次硫燻SO2總用量比現有技術減少40％左右。
以上所述的強化硫燻過程液—氣的混合與反應過程的工藝是採用強制混合的方式使清汁或糖漿和SO2氣體進行反應。
根據上述發明方法採用的設備如下1.強制混合、外部回流循環的一碳加灰飽充罐，其結構特點是在一碳飽充罐底部的CO2氣體通氣總管中接出2-10根支管插入罐內，代替傳統的環式鼓泡器，罐內設有循環井，循環井有一個多孔蓋板，並採用外部回流強制循環結構，例如用泵將糖汁抽出，再循環經入汁管回到飽充罐內的。
2.增加二碳凝聚容器，在原二碳管道飽充和收集桶之後增加一個凝聚容器，使二碳汁在此容器中停留10-20分鐘。
3.設計一根靜態混合器，置放在糖漿管道硫燻器之中，它是一隻由多個互成90度角的螺旋體串連而成，也可以採用其它形式的設備，如在糖漿管道中設計一些強制混合的裝置。
本發明的原理如下(a)改造強制混合、外部回流循環工藝，一碳加灰飽充是糖汁清淨的最主要工藝過程，為使加入的石灰和CO2能形成大量堅實的碳酸鈣顆粒吸附非糖份和色素，飽充罐內要具備強烈、瞬間、均勻的氣液混合。為此，本發明人設計了在一碳飽充罐底部的CO2氣體通氣總管中接出2-10根支管插入罐內，與飽充罐內的糖汁形成旋流混合，代替傳統的環式鼓泡器，強化了一碳飽充反應；罐內循環井上部加一個多孔蓋板，使上升的飽充汁形成均勻細小泡沫，增大氣、液吸收面積；變內井式自然循環為外部回流強制循環，循環比為50％，其晶核作用使沉澱顆粒更為堅實，氣、液、固的三相反應更為快速。通過以上改進措施，最大限度地提高了蔗汁清淨效率和脫色率。
(b)增加二碳凝聚容器，二碳飽充的關鍵是控制終點PH值，最佳值一般為8.4左右，低於此值將發生過飽充現象，使已經沉澱的碳酸鈣重溶成碳酸氫鈣，降低清淨效率。為防止過飽充，一般操作往往超過PH8.4，或因無法準確控制，使最終的二碳汁成為PH值忽高忽低的混合物。本發明人在原二碳管道飽充和收集桶之後增加了一個凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分鐘，它的後絮凝作用可有效抑制不溶性鈣鹽向可溶性鈣鹽的轉化。反應後的二碳汁PH值可以低到8.1-8.3而不會形成過飽充，為縮小清汁硫燻的PH值範圍，從而減少了SO2殘留量提供保證。
(c)降低清汁和糖漿硫燻強度，清汁硫燻所加入的SO2除參與脫色反應和揮發、氧化以外，仍有少部分殘留量，糖漿硫燻的殘留量就更高，而且SO2加入量對含硫量的負面影響幾倍於對脫色效果的正面影響。實施上述技術(1)和(2)之後，免去了降低硫燻強度的後顧之憂，使清汁硫燻的起始和終點範圍從PH8.4-6.8左右減至PH8.2-7.0左右，糖漿硫燻的終點從PH6.2左右升至PH6.6左右，兩次硫燻SO2總用量比現有技術減少近40％。
(d)改造硫燻設備，糖漿硫燻時，由於高濃度使SO2的溶解度增大，大部分沒有參與脫色反應的SO2殘餘進入隨後的煮糖過程中，是白砂糖含硫量的主要成因。因此要控制白砂糖的含硫量，除了降低清汁和糖漿硫燻強度以外，更重要的是減少SO2的殘留量。為此，本發明人設計了一根靜態混合器，置放在糖漿管道硫燻器之中。它是一隻由多個互成90度角的螺旋體串連而成，形式多樣，常見於化工行業管道的液-液、液-氣反應過程。它的機理是當糖漿和SO2氣體從管道一端進入後，經過多次漩流和切割，強化了液-氣的混合與反應過程，增加了SO2參與脫色反應的比例，減少了殘留量。
3.本發明與現有技術相比其實質性特點和顯著的進步如下現有的製糖生產過程為追求一定範圍內的成品糖色值，往往用高硫燻作為脫色的最終保證手段，對傳統設備的缺陷、工藝條件的關聯和含硫量的成因缺乏深刻了解，導致白砂糖含硫量普遍偏高。本發明通過對澄清過程的一碳、二碳、糖漿硫燻等設備的全面改造和相應工藝條件的改革，可以最大限度地提高糖汁的清淨效率和脫色率、減少SO2的殘留量，為降低兩次硫燻強度進而生產出超低硫白砂糖提供先決條件。新方法保證產品白砂糖在色值不增高的情況下，含SQ2量低於5ppm，不但遠優於國內一級白砂糖的要求指標，而且優於國際上對精製糖10ppm的要求標準。新的製糖技術使本發明單位生產的「桂花」牌一級白砂糖多年來蟬聯全國質量評比第一名。定期全國抽樣化驗結果表明，其含硫量全部穩定在5ppm以下，而同比的其它碳酸法糖廠的一級糖含硫量大多在10-15ppm範圍內。
圖1是本發明的工藝流程圖；圖2是圖1中一飽充罐底部的俯視圖(A-A圖)。
如圖所示，本發明的超低硫白砂糖的製糖生產新方法與改造前的工藝相比，除了包括碳酸法白砂糖生產過程的蔗汁澄清的一碳加灰飽充、一碳過濾、二碳飽充、二碳過濾、清汁硫燻、糖漿蒸發和糖漿硫燻的過程以外，在一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣的措施，具體是改造一碳加灰飽充的設備結構，即在一碳飽充罐1底部的CO2氣體通氣總管5中接出2-10根支管4插入罐內，罐內所設循環井的上部有一個多孔蓋板6，代替傳統的環式鼓泡器；在二碳管道飽充和收集桶之後增加了一個凝聚罐2，使二碳加灰飽充過程延長凝聚時間；改造二次硫燻設備，將一個由多個互成90度角的螺旋體串連而成的靜態混合器置放在糖漿管道硫燻器3之中，強化硫燻過程液-氣的混合與反應過程。
具體實施例方式
方法實施例在飽充罐底部的CO2氣體通氣總管接出6根支管呈切向方向插入罐內，罐內所設循環井的上部有一個多孔蓋板；飽充汁外部50％強制回流循環；在原二碳管道飽充和收集桶之後增加了一個凝聚容器；將一個由多個互成90度角的螺旋體串連而成的靜態混合器置放在糖漿管道硫燻器之中；清汁硫燻PH值8.2；糖漿硫燻PH值6.7；所生產的白砂糖色值為72IU，白砂糖含硫量4.4ppm。
應用實施例之一根據2003年2月8日生產日報表(此時為榨季中期，甘蔗質量較好)，蔗汁的清淨效率35.44％，一碳汁色值47.53°St，二碳汁色值43.80°St，硫燻清汁色值23.68°St(50％脫色率)，蒸發糖漿色值29.33°St，硫燻糖漿色值27.64°St(9％脫色率)，白砂糖色值69IU，白砂糖含硫量4.1ppm。
應用實施例之二根據2003年4月25日生產日報表(此時為榨季末期，甘蔗質量很差)，蔗汁的清淨效率29.25％，一碳汁色值52.20°St，二碳汁色值46.78°St，硫燻清汁色值25.89°St(55％脫色率)，蒸發糖漿色值28.44°St，硫燻糖漿色值24.24°St(9％脫色率)，白砂糖色值97IU，白砂糖含硫量4.6ppm。
新技術實施後，無論甘蔗質量如何變化，澄清過程的各種中間汁色值都相當低，生產出的白砂糖色值大多在100IU以下，含硫量全部在5ppm以下。新技術與原有技術相比，上述所有工藝指標都有大幅度提高。
權利要求
1.一種超低硫白砂糖的製糖生產新方法，包括碳酸法白砂糖生產過程的蔗汁澄清的一碳加灰飽充、一碳過濾、二碳飽充、二碳過濾、清汁硫燻和糖漿硫燻的工藝，其特徵在於在一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣；在二碳加灰飽充過程延長凝聚時間；降低清汁和糖漿硫燻強度；強化硫燻過程液-氣的混合與反應過程。
2.根據權利要求1所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法，其特徵在於一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣的工藝包括CO2氣體與飽充罐內的糖汁形成旋流混合；使飽充汁形成均勻細小泡沫；將飽充罐內的糖汁回流強制循環三種方案的其中一種或二種或三種。
3.根據權利要求1所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法，其特徵在於在二碳加灰飽充過程延長凝聚時間的工藝是在現有管道飽充和收集桶之後增加一個凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分鐘。
4.根據權利要求1所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法，其特徵在於降低清汁和糖漿硫燻強度的工藝是將清汁硫燻的起始和終點範圍從PH8.4-6.8左右減至PH8.2-7.0左右，糖漿硫燻的終點從PH6.2左右升至PH6.6左右。
5.根據權利要求1所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法，其特徵在於強化硫燻過程液-氣的混合與反應過程的工藝是採用強制混合的方式使清汁或糖漿和SO2氣體進行強烈反應。
6.一種如權利要求1所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法採用的設備，其特徵在於在一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的一碳加灰飽充罐，在二碳加灰飽充的延長凝聚時間過程中採用在原二碳管道飽充和收集桶之後增加一個凝聚容器，強化硫燻的液-氣混合與反應過程採用在糖漿管道硫燻器之中增加一個靜態混合器。
7.根據權利要求6所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法採用的設備，其特徵在於在一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣的過程採用強制混合、外部回流循環的一碳加灰飽充罐是在一碳飽充罐底部的CO2氣體通氣總管中接出2-10根支管插入罐內，罐內所設循環井的上部有一個多孔蓋板，代替傳統的環式鼓泡器，並採用外部回流強制循環結構。
8.根據權利要求6所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法採用的設備，其特徵在於增加二碳凝聚容器是在原二碳管道飽充和收集桶之後增加一個凝聚罐。
9.根據權利要求6所述的超低硫白砂糖的製糖生產新方法採用的設備，其特徵在於強化硫燻的液-氣混合與反應過程採用在糖漿管道硫燻器之中增加一個靜態混合器是設計一隻由多個互成90度角的螺旋體串連而成的混合器，置放在糖漿管道硫燻器之中，或者採用在糖漿管道中設計一些強制混合的裝置的設備。
全文摘要
本發明是一種對傳統製糖生產工藝條件、相關設備以及操作方式進行改進，生產出超低硫白砂糖的新方法，它在原有碳酸法生產白砂糖工藝流程的基礎上，通過對一碳飽充、二碳飽充、糖漿硫燻的設備和工藝條件進行改造，即一碳加灰飽充過程採用強制混合、外部回流循環的加灰充氣；在二碳加灰飽充過程延長凝聚時間，最大限度地提高蔗汁清淨效率和脫色率；再通過改造硫燻器的結構，達到強化硫燻反應、減少SO
文檔編號C13B10/00GK1487094SQ0312522
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月2日 優先權日2003年8月2日
發明者楊和榮, 楊萬善, 段寧, 閔亞光, 藍賢州, 李政, 元炯亮, 劉景洋 申請人:廣西貴糖(集團)股份有限公司, 中國環境科學研究院