謝軍年，黃健泉

（廣西大圓糖機(jī)設(shè)備有限公司，廣西 南寧 530022）

8 關(guān)鍵技術(shù)難題

目前，離子交換纖維脫色工藝存在的技術(shù)問(wèn)題及難點(diǎn)有：纖維容易泄漏、離子交換纖維裝填的均勻性、離子交換纖維易污染及再生廢液的處理。

9 針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題采用的技術(shù)措施

9.1 解決纖維的泄漏問(wèn)題

在每節(jié)交換纖維中的上下各安裝一塊80目的不銹鋼網(wǎng)，內(nèi)襯一塊120目的不銹鋼網(wǎng)，在所有出口處內(nèi)襯一塊100目的不銹鋼篩網(wǎng)，每節(jié)柱子安裝時(shí)保證平穩(wěn)。

9.2 解決交換柱的均勻性問(wèn)題

首先纖維的安裝采用濕態(tài)裝填，裝填時(shí)壓平壓緊，裝填密度為（102g/ml），入汁時(shí)采用自下而上的方式，保證物料在交換柱呈滯留狀態(tài)運(yùn)行。

表4 脫色后清汁質(zhì)量指標(biāo)

表5 精制糖理化指標(biāo)

9.3 解決纖維的污染問(wèn)題

糖汁中的泥、蔗渣等物質(zhì)會(huì)附在纖維表層上，使纖維結(jié)塊，交換前必須將泥、蔗渣等固體物質(zhì)除去，因此在交換前進(jìn)行曲篩過(guò)濾，在本次試驗(yàn)中我們采用的措施是在泵頭加一層120目的不銹鋼網(wǎng)。對(duì)纖維造成主要污染的物質(zhì)膠體，在清汁經(jīng)過(guò)離子交換柱時(shí)會(huì)附在纖維的表層上以阻礙色素的交換及再生，解決的措施主要是進(jìn)行深度預(yù)處理，清汁先經(jīng)過(guò)1μm袋式過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)纖維過(guò)濾器。

9.4 再生廢液處理問(wèn)題

再生廢液主要包括兩部分：一部分是陰離子交換柱排出的廢液，一部分是陽(yáng)離子交換纖維排出的廢液。

對(duì)廢液的處理，下面分別論述。

第一部分：陰離子交換柱排出的廢液。

由于陰離子交換纖維使用鈣鹽進(jìn)行再生，因此可以在流程中重復(fù)使用。廢液分為三部分，第一部分色素含量少，氯離子含量高，可回流對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)再生；第二部分色素含量大，總量約占1/3，可回流到主流程形成鈣沉淀將色素沉淀排出；最后一部分色素含量少，也可以對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理。因此陰離子交換纖維的再生每次只需要補(bǔ)充全耗量的1/3即可，最終陰離子交換柱無(wú)廢液排出。所排部分含大量色素，可提煉成色素作為著色劑，做到回收利用，清潔生產(chǎn)。

第二部分：陽(yáng)離子交換柱排出的廢液。

陽(yáng)離子交換纖維是使用鈉鹽進(jìn)行再生，再生廢液中氯離子的含量高，因此完全可以用來(lái)對(duì)陰離子進(jìn)行再生，即排出的再生廢液用來(lái)對(duì)陰離子進(jìn)行再生。

10 產(chǎn)品達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

脫色后清汁最終要達(dá)到的質(zhì)量指標(biāo)如表4所示。

精制糖的理化指標(biāo)應(yīng)滿足GB317-2018要求，如表5所示。

10.1 小試試驗(yàn)結(jié)果

脫色率測(cè)定方法：

10.2 離子交換纖維對(duì)亞法糖汁的脫色試驗(yàn)

試驗(yàn)選取亞硫酸法糖廠的清凈汁和澄清汁進(jìn)行靜態(tài)脫色對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。從圖3、圖4可以看出，離子交換纖維對(duì)澄清汁的脫色率明顯高于清凈汁。清凈汁是經(jīng)過(guò)澄清汁與濾清汁混合而成，清凈汁比澄清汁含有更多的懸浮物，懸浮物易覆蓋在纖維的表面，而離子交換過(guò)程是在表面進(jìn)行，懸浮物阻止了離子交換和吸附脫色過(guò)程，使得其對(duì)清凈汁的脫色效能下降。因此，利用離子交換纖維對(duì)糖汁進(jìn)行脫色，應(yīng)盡量避免懸浮物特別是膠體的污染。

圖3 靜態(tài)脫色效果圖

表6 不同再生劑對(duì)纖維再生效果的影響

表7 再生劑濃度對(duì)再生效果的影響

表8 脫色清汁性能指標(biāo)

表9 運(yùn)行周期中陽(yáng)離子交換纖維交換容量的變化

表10 離子交換纖維疲勞試驗(yàn)結(jié)果

表11 中試清汁各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)變化

11 離子交換纖維再生試驗(yàn)結(jié)果

11.1 氯化鈣濃度：5%，氯化鈉濃度：5%

通過(guò)試驗(yàn)可以看出，相同質(zhì)量濃度的氯化鈣的再生效果明顯優(yōu)于氯化鈉的再生效果。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

11.2 不同濃度的氯化鈣再生試驗(yàn)

隨著濃度的升高，再生效果越來(lái)越好，洗出的色素顏色越來(lái)越深?？紤]到再生成本，實(shí)際應(yīng)用中取氯化鈣的濃度為3～5%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖4 澄清汁的動(dòng)態(tài)脫色效能圖

12 小生產(chǎn)中試結(jié)果

結(jié)合中試方案，性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。此數(shù)據(jù)為廣西產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院檢測(cè)數(shù)據(jù)。

從表9中可以看出，陽(yáng)離子交換纖維在運(yùn)行周期中再生后交換容量略有下降，但再生率均保持在90%以上，這說(shuō)明再生率穩(wěn)定。

從疲勞試驗(yàn)結(jié)果看（如表10所示），陰離子交換纖維在使用310次以后交換容量下降7.3%，這說(shuō)明陰離子交換纖維的使用壽命大于310次。同時(shí)陽(yáng)離子交換纖維在使用400次以后交換容量和出廠時(shí)交換容量相當(dāng)，無(wú)明顯下降，陽(yáng)離子交換纖維使用壽命大于400次。這說(shuō)明離子交換纖維用于處理甘蔗糖廠清汁完全可使用2個(gè)榨季。

從表11中可以看出，清汁依次經(jīng)過(guò)第一節(jié)柱、第二節(jié)柱、第三節(jié)柱后質(zhì)量穩(wěn)定，色值依次降低。清汁從第三節(jié)排出后，色值依次升高，到180IU時(shí)即處理量為2m3時(shí)即飽和，色值迅速下降。

目前離子交換技術(shù)在制糖行業(yè)已應(yīng)用到煉糖生產(chǎn)當(dāng)中，但還未應(yīng)用到甘蔗糖廠中。在甘蔗糖廠的應(yīng)用中離子交換纖維與傳統(tǒng)的離子交換樹(shù)脂相比具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表12。

表12 纖維處理糖汁工藝與其他工藝對(duì)比

13 實(shí)際達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

13.1 成本核算（以小型生產(chǎn)線投入計(jì)算）

離子交換纖維共20千克，售價(jià)按500元/千克計(jì)算，總計(jì)：10000元。使用壽命按1000次計(jì)算，則每次的成本為10元。

再生時(shí)每次使用氯化鈣40千克，共再生2次，可重復(fù)利用，按30%用量核算，此項(xiàng)成本為60元。

每個(gè)周期耗電3度，按0.3元/度計(jì)算，總計(jì)0.9元。

設(shè)備折舊和維修費(fèi)用攤銷(xiāo)為5元。

以上總計(jì)：75.9元。

13.2 噸糖成本

小型生產(chǎn)線每次至少產(chǎn)糖1.2噸，則噸糖成本為63.25元。

13.3 效益分析

由于不用二次結(jié)晶，每噸精制糖生產(chǎn)成本節(jié)省汽耗約160元［1］。

這樣每噸的收益為160-63.25=96.75元。

人工及管理成本未計(jì)算，糖廠噸糖直接效益增加96元。

本工藝是在半灰半硫工藝基礎(chǔ)上做的，如果計(jì)算此部分成本，效益更加可觀。

使用本工藝后將不必停機(jī)洗罐，這也為糖廠間接增加了效益。

因此本工藝效益相當(dāng)可觀。

14 離子交換纖維技術(shù)的特點(diǎn)及存在問(wèn)題

國(guó)內(nèi)外對(duì)甘蔗糖廠糖汁澄清汁工藝進(jìn)行大量的研究，本工藝具有如下特點(diǎn)。

第一，離子交換纖維對(duì)色素的去除效果不是暫時(shí)抑制，而是從根本上去除生色基。

第二，離子交換纖維對(duì)清汁的脫色效果相當(dāng)明顯，脫色清汁上乘、穩(wěn)定。

第三，再生容易，再生時(shí)間短。使用鈣鹽再生，不會(huì)形成污染。

第四，離子交換纖維交換速度快，能滿足糖廠大規(guī)模生產(chǎn)需求。離子交換纖維交換容量大，可以滿足脫除糖汁中大量而高濃度色素的需求。

第五，可為糖廠增加效益96元/噸糖。

第六，再生廢液可回收再生。

第七，離子交換纖維使用壽命長(zhǎng)，可使用2個(gè)榨季以上，能滿足糖廠榨季要求。

第八，對(duì)清汁的適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足糖廠生產(chǎn)波動(dòng)的需求。

糖汁脫色一直以來(lái)都是困擾制糖科學(xué)家的一個(gè)技術(shù)難題，廣大學(xué)者都在試圖找到一種高效而廉價(jià)的脫色方法，而離子交換纖維正是這樣一種理想的載體。

離子交換纖維試驗(yàn)存在的問(wèn)題如下。

一是交換時(shí)阻力大，停留時(shí)間長(zhǎng)。

纖維本身的結(jié)構(gòu)決定了其阻力系數(shù)大，如設(shè)備高度越高，阻力越大，這無(wú)疑中將增加糖汁在交換柱中的停留時(shí)間。從脫色工藝效果看，停留時(shí)間越長(zhǎng)脫色效果越好，但停留時(shí)間長(zhǎng)對(duì)糖汁蔗糖分還原糖分影響越大，因此兩者必須找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。

二是自動(dòng)控制問(wèn)題。本次全部采用手動(dòng)控制，所以試驗(yàn)穩(wěn)定性不夠，有時(shí)出現(xiàn)偏差，需設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)控制系統(tǒng)。

15 結(jié)論及今后打算

第一，根據(jù)小試及中試的試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際情況，確定生產(chǎn)試驗(yàn)的工藝流程和工藝條件，可以穩(wěn)定的處理甘蔗糖廠清汁，為實(shí)現(xiàn)一步法制做精制糖創(chuàng)造了條件。

第二，所確定的工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、性能可靠，具有一定靈活性，能滿足工藝要求。

第三，已確定的工藝技術(shù)條件和工藝設(shè)備可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)，清汁的性能指標(biāo)達(dá)到了生產(chǎn)要求的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

第四，在穩(wěn)定試驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際消耗進(jìn)行了初步的經(jīng)濟(jì)核算，噸糖效益增加96元，如能進(jìn)一步采用技術(shù)措施并加強(qiáng)管理，其效益更加可觀。

第五，要集中精力解決技術(shù)問(wèn)題，制作大規(guī)模設(shè)備以滿足糖廠生產(chǎn)要求。新工藝的研制成功，將帶來(lái)制糖業(yè)的一次技術(shù)進(jìn)步，糖廠可以從以下幾個(gè)方面獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

一是提高糖廠產(chǎn)品的品質(zhì)

通過(guò)本工藝所生產(chǎn)的清汁色值（150IU以下），完全可以用于生產(chǎn)精制糖，而我國(guó)大多數(shù)糖廠只能生產(chǎn)優(yōu)級(jí)糖和一級(jí)糖，不能生產(chǎn)精制糖。通過(guò)該工藝后實(shí)現(xiàn)甘蔗糖廠一步法生產(chǎn)精制糖可以整體提升制糖行業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)，增強(qiáng)我國(guó)制糖業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)必將帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二是節(jié)約能源

糖業(yè)是耗能大戶(hù)，目前我國(guó)將節(jié)能提到重要的位置，隨著人們生活水平的提高，精制糖生產(chǎn)數(shù)量將會(huì)迅速增加。本工藝把甘蔗直產(chǎn)精制糖變?yōu)榭赡?，使得精制糖生產(chǎn)工藝流程得到簡(jiǎn)化，傳統(tǒng)制糖工藝需回溶煮成原糖（所耗蒸氣約18～20%對(duì)蔗比）。據(jù)估算，單就這一步年產(chǎn)100萬(wàn)噸精制糖就可以節(jié)約260萬(wàn)噸煤，約值1.8億元，這無(wú)疑為節(jié)能生產(chǎn)特別是為糖廠節(jié)約成本提供一個(gè)良好的平臺(tái)。

三是提升制糖行業(yè)的技術(shù)水平

甘蔗制糖業(yè)是我區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，行業(yè)的穩(wěn)定將影響到社會(huì)穩(wěn)定。離子交換纖維處理甘蔗糖廠清汁新工藝的研發(fā)成功是制糖行業(yè)技術(shù)水平的一個(gè)進(jìn)步，對(duì)提升整個(gè)制糖技術(shù)水平具有重大的作用，有利于提高我國(guó)制糖業(yè)在國(guó)際上的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

四是為糖廠提供多樣化經(jīng)營(yíng)

本工藝的研究成功，不但可實(shí)現(xiàn)一步法生產(chǎn)精制糖，企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)變化可生產(chǎn)精制糖，優(yōu)級(jí)糖及一級(jí)糖，為糖廠提供產(chǎn)品多樣化經(jīng)營(yíng)。