一种连续膜生产甜菜糖的系统及工艺的制作方法

本发明属于制糖领域，具体涉及一种连续膜生产甜菜糖的系统及工艺。
背景技术：
：甜菜制糖过程主要包括洗菜、切丝、提汁、澄清、蒸发浓缩、蒸发结晶、分离糖蜜、白砂糖装包等工序。因甜菜渗出汁中的非糖成分，包括悬浮颗粒、色素物质、盐类物质、还原糖、果胶和甜菜碱等，会影响糖品质量，并增加废蜜量和糖分损失，因此在进行糖汁浓缩和结晶之前，需要对渗出汁进行澄清，尽可能除去非糖杂质，以使糖汁纯度提高、粘度和色值降低，为煮糖制备优质的原料糖浆。糖汁澄清工序是制糖过程中最重要的工序，澄清效果的好坏直接决定白砂糖的品质和得率。目前采用传统糖汁澄清工序存在以下缺陷。(1)甜菜中果胶含量较多，约占甜菜的2.5％-10％，在制糖渗出工段中，部分果胶被水解，对制糖的生产有较大的影响：增大糖液的粘度，降低其过滤性；影响清净效果，增加清净成本；阻碍蔗糖晶体的生长，影响结晶率；因此在蒸发、结晶前尽量将果胶除掉。目前糖汁澄清通过加入澄清剂来实现，常用的澄清剂有生石灰、二氧化碳和二氧化硫。按照所用主要澄清剂的不同，糖汁澄清工艺有碳酸法、亚硫酸法和石灰法三类。目前，甜菜糖厂通常采用双碳酸法对糖汁进行澄清，一般可除去渗出汁中30-45％的非糖分，效率太低，且石灰耗用较大，大量石灰渣处理难度大，对环境污染较为严重。(2)清汁的锤度不够高，清汁中的主要非糖成分含量较高，包括无机盐、含氮物质、还原糖等，后续蒸发负荷重、能耗高、制糖效率低。(3)由于水的汽化潜热很高，水的蒸发会消耗大量的热能和燃料，导致生产成本增加；另外，传统的蒸发浓缩过程，蒸发温度为125-135℃，糖汁停留时间长，长时间的高温容易使糖汁降解，颜色加深，糖汁质量下降，最终会影响产品的质量。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明提高一种连续膜生产甜菜糖的系统及工艺。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种连续膜生产甜菜糖的系统，包括渗汁器、旋液器ⅰ、高频振动筛ⅰ、混合器、静态混合器、旋液器ⅱ、高频振动筛ⅱ、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜组、蒸发器和结晶器，所述渗汁器的出液口与旋液器ⅰ的进液口相连，旋液器ⅰ的上端出液口与高频振动筛ⅰ的进液口相连，高频振动筛的出液口与混合器的进液口相连，混合器的出液口与静态混合器的进液口相连，静态混合器的出液口与旋液器ⅱ的进液口相连，旋液器ⅱ的上端出液口与高频振动筛ⅱ的进液口相连，高频振动筛ⅱ的出液口与超滤膜的进液口相连，超滤膜的出液口与纳滤膜的进液口相连，纳滤膜的出液口与反渗透膜组的进液口相连，反渗透膜组的出液口与蒸发器的进液口相连，蒸发器的出液口与结晶器相连。进一步的，所述旋液器ⅰ的下端出料口处设有接收器，所述旋液器ⅱ的下端出液口设有渣液槽。进一步的，所述超滤膜的截留分子量为10000da。进一步的，所述纳滤膜的截留分子量为200da-500da。进一步的，所述纳滤膜的截留分子量为350da。进一步的，还包括结晶母液槽，所述结晶母液槽与结晶器液体出口相连。进一步的，所述超滤膜采用专利号zl201210582629.2所公开的膜元件，所述纳滤膜采用专利号zl201210582629.2所公开的膜元件。一种基于上述系统的连续膜生产甜菜糖的方法，包括以下步骤：(1)预处理：将甜菜洗净切丝后，以水为溶剂在渗出器中将甜菜中的糖分提取出来，得甜菜汁；(2)除杂：采用旋液器ⅰ除去所述甜菜汁中的大颗粒杂质，再用高频振动筛ⅰ除去所述甜菜汁中的微小颗粒杂质，所述旋液器ⅰ和高频振动筛ⅰ耦合的操作温度均为60-70℃；(3)酶解：除杂后的甜菜汁在混合器中与复合酶混合均匀，然后在静态混合器中进行连续酶解，酶解后的混合液进入旋液器ⅱ；(4)膜过滤除杂：从旋液器ⅱ上部出来的甜菜汁，经高频振动筛ⅱ除去微粒，得滤清液，所述高频振动筛ⅱ的通过筛孔为1000目；除去微粒的滤清液，再经超滤膜除去果胶等大颗粒杂质。(5)单双糖的分离：将所述滤清液用超滤膜进行处理，得到澄清洁净的甜菜糖汁，所用的超滤膜膜材质为聚偏氟乙烯；将所述甜菜糖汁经过纳滤膜处理滤除单糖，得初浓缩糖汁；(6)浓缩结晶：将所述初浓缩糖汁经反渗透膜组，在75-85℃温度、3-4mpa压力下处理后，再经蒸发器进一步浓缩，浓缩温度为90-100℃，得到高浓度浓缩液，将所述高浓度浓缩液在结晶器中进行结晶。进一步的，所述复合酶由果胶酶和淀粉酶组成，果胶酶与淀粉酶的质量比为4:1，复合酶的加入量为每1l甜菜汁中加入10-30mg复合酶。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的连续膜生产甜菜糖的系统，智能化连续操作、省掉石灰清净环节、无环境污染，与传统工艺的清汁相比，得到的预浓缩汁糖度提高10wt％-16wt％，同时，纯度提高3个百分点，另外，糖度的提高可使蒸发负荷降低百分比达60％-70％，提高了效率，降低了成本；本发明采用生物法，用复合酶对甜菜汁中的果胶和淀粉进行降解，降低了糖汁的粘度，以利于澄清过滤；本发明经反渗透膜系统进行预浓缩，将稀汁的锤度由12wt％提高到50wt％左右，再进入蒸发器中继续浓缩到70wt％，经过预浓缩后的糖汁量减少了约70％的水分，只有约30％的水分进入多效蒸发系统，因此蒸发浓缩的能耗也减少了70％；同时糖汁在蒸发罐的停留时间短，糖汁降解和颜色加深的风险降低，产品的质量高。操作温度75-85℃，降低了糖液的粘度，有助于提高膜浓缩效率。温度的提高，膜的操作压力低，透过量大，预浓缩汁浓度高，该工艺在中压3-4mpa下操作，因此成本和运行费低；本发明所述工艺相对于传统工艺能够大幅度降低糖汁的色度和浊度，还可以大幅度降低糖汁中非糖大分子物质的含量，提高蔗糖的纯度和收率，主工艺中未添加石灰等澄清剂。附图说明图1为本系统示意图；图中：1-渗汁器，2-泵ⅰ，3-旋液器，4-接收器，5-振动筛，6-泵ⅱ，7-混合器，8-静态混合器，9-旋液器，10-渣液槽，11-振动筛，12-糖汁槽，13-泵ⅲ，14-超滤膜，15-纳滤膜，16-储槽，17-泵ⅳ，18-反渗透膜组，19-蒸发器，20-结晶器，21-结晶母液槽。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。实施例一种连续膜生产甜菜糖的系统，包括渗汁器1、泵ⅰ2、旋液器ⅰ3、高频振动筛ⅰ5、泵ⅱ6、混合器7、静态混合器8、旋液器ⅱ9、高频振动筛ⅱ11、泵ⅲ13、超滤膜14、纳滤膜15、泵ⅳ17、反渗透膜组18、蒸发器19和结晶器20；所述渗汁器1的出液口管道与旋液器ⅰ3的进液口相连，渗汁器1和旋液器ⅰ3之间设有泵ⅰ2，旋液器ⅰ3的上端出液口通过管道与高频振动筛ⅰ5的进液口相连，高频振动筛ⅰ5的出液口通过管道与混合器7的进液口相连，高频振动筛ⅰ5与混合器7之间设有泵ⅱ6，混合器7的出液口通过管道与静态混合器8的进液口相连，静态混合器8的出液口通过管道与旋液器ⅱ9的进液口相连，旋液器ⅱ9的上端出液口通过管道与高频振动筛ⅱ11的进液口相连，高频振动筛ⅱ11的出液口与超滤膜14的进液口相连，高频振动筛ⅱ11与超滤膜14之间设有泵ⅲ13，超滤膜14的出液口与纳滤膜15的进液口相连，纳滤膜15的出液口与反渗透膜组18的进液口相连，纳滤膜15与反渗透膜组18之间设有泵ⅳ17，反渗透膜组18的出液口与蒸发器19的进液口相连，蒸发器19的出液口与结晶器20相连。本实施例的工作过程为：泵ⅰ2将从渗汁器1中流出的甜菜汁泵至旋液器ⅰ3中，旋液器ⅰ3除去甜菜汁中的泥沙和菜渣等大颗粒杂质；除去大颗粒杂质后的甜菜汁经旋液器ⅰ3上端出液口流出，并进入高频振动筛ⅰ5，高频振动筛ⅰ5除去其中的微小颗粒杂质，经旋液器ⅰ3分离出的大颗粒杂质从旋液器ⅰ3下端出料口流出；泵ⅱ6将从高频振动筛ⅰ5出液口流出的甜菜汁泵入混合器7中，混合器7中装有复合酶，混合器7将甜菜汁与复合酶混合均匀，混合复合酶后的甜菜汁流入静态混合器8中进行连续酶解，将甜菜糖汁中的果胶等杂质降解，酶解后的混合液流入旋液器ⅱ9中，旋液器ⅱ9将其分离，旋液器ⅱ9上端出液口流出的甜菜汁再进入高频振动筛ⅱ11中，旋液器ⅱ9下端出料口流出滤渣；经高频振动筛ⅱ11处理的甜菜汁流入糖汁槽12中；泵ⅲ13将糖汁槽12中的甜菜汁泵入超滤膜14中，超滤膜14为截留分子量10000da的专利号zl201210582629.2所公开的膜元件，其膜材质为聚偏氟乙烯，超滤膜14滤去甜菜汁中的大分子杂质和色素，得到澄清洁净的甜菜汁超滤液，超滤液中绝大部分为蔗糖，但仍有部分单糖和非糖组分；甜菜汁超滤液进入纳滤膜15中，纳滤膜15采用专利号zl201210582629.2所公开的膜元件，其截留分子量为200da-500da，进一步优选350da，除去甜菜汁超滤液中部分水分子、单糖以及小分子非糖杂质，并且保持双糖截留率达99.5％，得到24wt％的甜菜汁，经纳滤膜15处理后的甜菜汁流入储槽16中，泵ⅳ17将储槽16中的甜菜汁泵入反渗透膜组18中，反渗透膜组18对其进行预浓缩，将甜菜汁的锤度由24wt％提高到50wt％左右，预浓缩之后的甜菜汁进入蒸发器19中浓缩至70wt％，70wt％的糖汁进入结晶器20中结晶。本发明系统避免了蒸发水，消耗大量的热能和燃料，导致生产成本增加。另外，传统的蒸发浓缩过程，蒸发温度(125-135℃)高，糖汁停留时间长，长时间的高温容易使糖汁降解，颜色加深，糖汁质量下降，最终会影响产品的质量。本发明经两级反渗透膜系统进行预浓缩，将稀汁的浓度由24wt％提高到50wt％左右，得到的甜菜糖汁的浓缩液，送入五效蒸发器进行浓缩，糖度由50％浓缩至70％，浓缩温度为90-100℃，得到70％的甜菜糖浓缩液，减少了高温蒸发时间，糖汁降解和颜色加深的风险降低，产品的质量高。进一步的，在旋液器ⅰ3下方设有接收器4，收集从旋液器ⅰ3下端出料口流出的废渣；在旋液器ⅱ9下方设有渣液槽10，收集从旋液器ⅱ9下端出料口流出的废渣液。进一步的，还设有结晶母液槽21，所述结晶母液槽21与结晶器20的液体出口相连，用于收集结晶母液。本发明还包括一种基于上述系统的连续膜生产甜菜糖的方法。实施例一一种基于上述系统的连续膜生产甜菜糖的方法，包括以下步骤：(1)预处理：将甜菜洗净切丝后，以水为溶剂在渗出器1中将甜菜中的糖分提取出来，得甜菜汁；(2)除杂：采用旋液器ⅰ3除去所述甜菜汁中夹杂的泥沙、菜渣等大颗粒杂质，再用高频振动筛ⅰ5除去所述甜菜汁中的微小颗粒杂质，所述旋液器ⅰ3和高频振动筛ⅰ5耦合的操作温度均为60℃；(3)酶解：除杂后的甜菜汁在混合器7中与复合酶混合均匀，所述复合酶由果胶酶和淀粉酶组成，果胶酶与淀粉酶的质量比为4:1，复合酶的加入量为每1l甜菜汁中加入10mg复合酶，复合酶与甜菜汁的混合液在静态混合器8中进行连续酶解，将甜菜糖汁中的果胶等杂质降解，酶解后的混合液进入旋液器ⅱ9；(4)膜过滤除杂：将从旋液器ⅱ9上部出来的甜菜汁，经高频振动筛ⅱ除去微粒，得滤清液，所述高频振动筛ⅱ的通过筛孔为1000目；除去微粒的滤清液，再经超滤膜除去果胶等大颗粒杂质。(5)单双糖的分离：将所述滤清液用超滤膜进行处理，滤去大分子的杂质和色素，得到澄清洁净的甜菜糖汁；将所述甜菜糖汁经过纳滤膜15处理滤除部分水分子、单糖以及小分子非糖杂质，双糖截留率达99.5％，糖汁初步浓缩至糖度24wt％；(6)浓缩结晶：将所述初浓缩糖汁经反渗透膜组18，在75℃温度、3mpa压力下处理后，将糖汁由糖度24wt％浓缩至50wt％；透过水为纯净水，可回用于生产工艺中；浓缩至糖度50wt％甜菜糖汁的浓缩液，送入蒸发器19进一步浓缩，浓缩温度为90℃，得到糖度70％的甜菜糖浓缩液；用常规方法结晶、分离、干燥，得到甜菜糖成品，。本发明处理与传统双碳酸法处理后进入蒸发器前的物料比较处理方法糖度(wt％)纯度(％)蒸发至糖度50wt％蒸汽耗量(t/t)双碳酸法1388.41.707本发明50920用本发明进行预蒸发至糖度50wt％，对于传统的多效蒸发工艺，本发明技术与多效蒸发结合的新工艺可以节能70％。1吨甜菜糖由13wt％的稀汁浓缩到50wt％，需蒸发5.69吨水，按5效蒸发，消耗蒸汽0.3t/t计，蒸汽按120元/t计，则1吨甜菜糖需5.69*0.3*120＝204.84元。而用本发明方法处理，蒸发1吨水需10元/t，每吨可节省204.84-5.69*10＝147.94元，按年产5万吨砂糖计，仅蒸发1项每年可节约739.7万元，另外省去了石灰处理及去掉石灰窑以及环保费用尚未统计在内，由此可见，本发明工艺可大大节省生产成本。实施例二一种基于上述系统的连续膜生产甜菜糖的方法，包括以下步骤：(1)预处理：将甜菜洗净切丝后，以水为溶剂在渗出器1中将甜菜中的糖分提取出来，得甜菜汁；(2)除杂：采用旋液器ⅰ3除去所述甜菜汁中夹杂的泥沙、菜渣等大颗粒杂质，再用高频振动筛ⅰ5除去所述甜菜汁中的微小颗粒杂质，所述旋液器ⅰ3和高频振动筛ⅰ5耦合的操作温度均为70℃；(3)酶解：除杂后的甜菜汁在混合器7中与复合酶混合均匀，所述复合酶由果胶酶和淀粉酶组成，果胶酶与淀粉酶的质量比为4:1，复合酶的加入量为每1l甜菜汁中加入10mg复合酶，复合酶与甜菜汁的混合液在静态混合器8中进行连续酶解，将甜菜糖汁中的果胶等杂质降解，酶解后的混合液进入旋液器ⅱ9；(4)膜过滤除杂：将从旋液器ⅱ9上部出来的甜菜汁，经高频振动筛ⅱ除去微粒，得滤清液，所述高频振动筛ⅱ的通过筛孔为1000目；除去微粒的滤清液，再经超滤膜除去果胶等大颗粒杂质。(5)单双糖的分离：将所述滤清液用超滤膜进行处理，滤去大分子的杂质和色素，得到澄清洁净的甜菜糖汁；将所述甜菜糖汁经过纳滤膜15处理滤除部分水分子、单糖以及小分子非糖杂质，双糖截留率达99.5％，糖汁初步浓缩至糖度24wt％；(6)浓缩结晶：将所述初浓缩糖汁经反渗透膜组18，在85℃温度、4mpa压力下处理后，将糖汁由糖度15wt％浓缩至50wt％；透过水为纯净水，可回用于生产工艺中；浓缩至糖度50wt％甜菜糖汁的浓缩液，送入蒸发器19进一步浓缩，浓缩温度为100℃，得到糖度70％的甜菜糖浓缩液；用常规方法结晶、分离、干燥，得到甜菜糖成品。实施例三一种基于上述系统的连续膜生产甜菜糖的方法，包括以下步骤：(1)预处理：将甜菜洗净切丝后，以水为溶剂在渗出器1中将甜菜中的糖分提取出来，得甜菜汁；(2)除杂：采用旋液器ⅰ3除去所述甜菜汁中夹杂的泥沙、菜渣等大颗粒杂质，再用高频振动筛ⅰ5除去所述甜菜汁中的微小颗粒杂质，所述旋液器ⅰ3和高频振动筛ⅰ5耦合的操作温度均为65℃；(3)酶解：除杂后的甜菜汁在混合器7中与复合酶混合均匀，所述复合酶由果胶酶和淀粉酶组成，果胶酶与淀粉酶的质量比为4:1，复合酶的加入量为每1l甜菜汁中加入10mg复合酶，复合酶与甜菜汁的混合液在静态混合器8中进行连续酶解，将甜菜糖汁中的果胶等杂质降解，酶解后的混合液进入旋液器ⅱ9；(4)膜过滤除杂：将从旋液器ⅱ9上部出来的甜菜汁，经高频振动筛ⅱ除去微粒，得滤清液，所述高频振动筛ⅱ的通过筛孔为1000目；除去微粒的滤清液，再经超滤膜除去果胶等大颗粒杂质。(5)单双糖的分离：将所述滤清液用超滤膜进行处理，滤去大分子的杂质和色素，得到澄清洁净的甜菜糖汁；将所述甜菜糖汁经过纳滤膜15处理滤除部分水分子、单糖以及小分子非糖杂质，双糖截留率达99.5％，糖汁初步浓缩至糖度24wt％；(6)浓缩结晶：将所述初浓缩糖汁经反渗透膜组18，在80℃温度、3.5mpa压力下处理后，将糖汁由糖度15wt％浓缩至50wt％；透过水为纯净水，可回用于生产工艺中；浓缩至糖度50wt％甜菜糖汁的浓缩液，送入蒸发器19进一步浓缩，浓缩温度为95℃，得到糖度70％的甜菜糖浓缩液；用常规方法结晶、分离、干燥，得到甜菜糖成品。以上披露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页12