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活性炭在制糖清净过程中的应用

发布时间:2020-07-24 浏览

在制糖工艺过程中,清净效果的好坏,不仅决定着产品的质量,而且对产糖度的高低也有着重要的影响。传统的制糖工艺是利用化学澄清剂(如加灰法、亚硫酸法)将蔗糖中的非糖份尽可能变为沉淀或利用沉淀将其吸附除去,这种传统工艺一直被国内各大厂家看好。但这种工艺流程较长,操作繁琐,同时还会将新的非糖份加到糖汁里面,对产品质量、废蜜产量均会有不同程度的影响。

活性炭吸附是跳出化学澄清的范围,改用物理或物理化学的方法,可有效地提纯糖汁,其脱色范围更广。

一、活性炭对糖浆的脱色原理

活性炭颗粒内部有无数微细的孔隙纵横相通,其孔径从几埃到几微米。特别是几埃到几十埃的微孔甚多、并具有相应的微孔表面积,这就使得它的比表面积非常大,1g活性良好的活性炭它的比表面积可达1000m2左右。由于活性炭表面上的原子力场是不饱和的,具有剩余价力,在如此大的比表面积上,其表面能是相当可现的,正是因为吸附作用才使得活性炭表面的不饱和力场得到某种程度上的补偿,从而使表面能降低,所以在一定的温度和压力下,活性炭表面可以自动地吸附那些能降低其表面能的物质。但是活性炭从溶液中吸附的不同物质间的数量比与这些物质在溶液中浓度间的比例是不一致的,它总是力求使各溶质在吸附表面上的浓度趋于相等为止。这样,即使在同一吸附力下,糖液中浓度较低的非糖份要比浓度较高的蔗糖份易被吸附,而糖浆中的有色物质一般分子较大、其分子量相应也较大,通过吸附作用能使活性炭表面能更大程度得到降低,所以经过活性炭处理以后的糖浆在很大程度上被脱色。正是由于活性炭对糖浆有脱色,提纯作用,使得其在国外先进的制糖业中得到很好的应用,下表列出八十年代日本制糖业对活性炭的用量。

表1 日本制糖业对活性炭的用量

  1983年 1984年 1985年 1986年 1987年 1988年
白糖 2411 2400 2400 2520 2650 2780
淀粉糖 1744 1760 1800 1800 1800 1800

二、吸附速度

将再溶糖浆加入烧杯中,同时加入活性炭颗粒进行搅拌。这时,和活性炭表面相接触的那一部分糖浆中的有色物质及其它的一些杂质成分被吸附。然后远离活性炭的有色物质依靠对流作用不断地向活性炭表面移动过来而被其吸附。这些表面吸附的物质的一部分吸附在颗粒外部表面上,剩下的部分经过颗粒点内的细孔向活性炭粒深处移动,被吸附在细孔壁上、并通过表面扩散作用向活性炭粒的细孔深处越吸越里。在本实验中,当再容糖浆的温度升高后,通过分光光度计可明显测得活性炭对糖浆的脱色速度提高。这可能是由于温度升高,分子平均动能增加,布朗运动加剧,更有利于糖浆中的有色物质向活性炭表面进行对流移动的结果。

三、活性炭型的选用

活性炭由于原材料及制造方法的不同,其物理性质和化学性质也是不同的,这使得其吸附能力也不一样。通常,吸附质是低分子时、微孔多的椰壳活性炭比较适合,而对从低分子到较大分子吸附质的溶液来讲,则煤炭系统的活性炭较为适宜。表2给出几种不同原材料所制造的活性炭性能比较。

表2 不同原村料所制造的活性炭的性能比较

原料 比表面积m/g 细孔容积、细孔分布 碘值g/L 酚值mg/L
亚甲蓝脱色能力(ml)
7.5-75埃 7.5-75000埃 7.5-75000埃
褐煤 1731 1.05 1.00 2.05 4.52 58.1 290
椰壳 1145 0.55 0.22 0.77 3.56 34.6 280
烟煤 997 0.52 0.50 1.02 3.79 31.0 230
烟煤 865 0.47 0.32 0.79 5.06 30.5 210
椰壳 712 0.36 0.24 0.60 3.99 36.8 200
烟煤 769 0.45 0.50 0.95 5.00 33.3 160
椰壳 583 0.30 0.24 0.56 4.20 30.5 190
木材 845 0.45 0.34 0.79 5.34 40.5 190
褐煤 651 0.39 0.69 1.08 4.52 34.6 160
烟煤 731 0.41 0.37 0.78 5.35 36.0 190
326 0.25 0.25 0.50 5.34 25.0 120
说明

碘值:由240g/l减少到0.05g/l所需要的活性量(g/l);

酚值 :由2×10-10(W/W)减少到2×10-10(W/W)所需要的活性炭量(mg/l);

亚甲蓝脱色能力:每g活性炭吸附亚甲蓝(浓度为1.2g/l)的毫升数。

从表2中也可看出表面积越大,活性炭的脱色能力也就越强,然而在涉及到化学吸附时,仅仅根据活性炭厂家提供的一般性能,如亚甲蓝吸附量、碘值、酚值吸附量以及比表面积等来选定活性炭不是十分准确的,尤其是糖浆中的有机物杂质其官能团,大都有羟基(酚型)、羧基、醛基和内酯型的氧化物等,很容易使活性炭表面的极性增加,使活性炭表面可能带正电,也可能带负电,从而与糖浆中的有机物杂质进行化学结合,这时应通过对实际糖浆的脱色试验来选择合适的活性炭。

四、活性炭吸附脱色装置的选用

在选用糖浆脱色装置时,首先应考虑的是:

(1)用粒状炭还是用粉状炭;

(2)吸附脱色方式;

(3)预处理问题。

选择粒状还是粉状炭,这应该对建设费用、建设用地、吸附脱色装置的利用率、运行管理费以及活性炭的来源等进行综合性探讨之后加以确定。目前市面上的炭粉1吨只有几千元人民币,而粒状炭粉1吨可卖到一万多元,质量好的可达两万多元。

波涛活性炭厂家推荐使用的是活性炭粉,相对应的吸附脱色方式为搅拌桶吸附脱色。即将活性炭按一定比例投加到已注人再溶糖浆的搅拌桶内,用机械搅拌使之与糖浆接触的方法。经吸附后的活性炭可以过滤分离出来,因此也称为接触过滤法。

此外,还有固定床吸附脱色法、移动床吸附脱色法、流动床吸附脱色法等。同时,各种吸附脱色方法又分为只用一个脱色塔的方式,顺流一级脱色,顺流多级脱色和逆流多级脱色方式等,并在使用中适当选用,充分发挥各自的特点。

这里需要着重强调一点,糖浆进行脱色处理前应该进行预处理,通常采用过滤的方法将糖浆中悬浊物除去,另外在制造过程中,活性炭由于加工工艺的不同,最终的活性炭产品可能是偏酸性的,也可能是偏碱性的。对于制糖工艺来讲,在酸性条件下,蔗糖容易发生转化,在碱性条件下,蔗糖容易发生还原反应,这对整个制糖过程是不利的。因此,在活性炭使用前应进行pH值调整,将活性炭的pH调于中性。

制糖生产中关键是脱色和提纯,活性炭以其显著的脱色、提纯效果,在许多精糖生产工艺得到广泛应用。随着制糖技术的进一步发展,活性炭将有着更加广阔的发展前景。

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