精炼不纯结晶蔗糖的方法
【专利说明】精炼不纯结晶蔗糖的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及通过应用多效降膜蒸发来精炼不纯的结晶蔗糖（原糖），以凝缩由离 心分离蔗糖结晶过程中产生的糖膏而得到的原蜜（runoff)。
[0002] 名词解释
[0003]在本说明书中，下列术语具有以下含义。
[0004]蔗渣：提取汁液后残留于压榨机的甘蔗渣。
[0005]沸点升高：在相同压强下测量的沸腾糖溶液的温度和沸腾纯净水的温度之间的差 异。
[0006]白利糖度：使用折射仪对糖、汁液、液体或糖浆中的溶解性固体的测量，在其他场 合称为折射干固体（refractometricdrysolids)。对于仅含有鹿糖和水的溶液，白利糖度 =蔗糖重量百分比。
[0007] 离心机：分离糖晶体和母液的分离机，通常使用细筛，使母液穿过筛子而晶体保留 在筛子上。
[0008]冷却结晶：通过冷却糖膏而结晶。糖膏直接表现了可溶性，其中可溶性阈值随温 度升高而升高，从而，通过简单的冷却溶液而产生晶体生长。通常通过间接换热，即通过金 属壁热交换，到更冷的冷却液流来实现冷却。也可以通过瞬间冷却来达到糖膏所需的冷却。 其实现是通过将糖膏接触的压强减少到这样的程度，即发生闪蒸且由于随去除所产生的蒸 汽而去除的潜热造成的糖膏冷却。所发生的结晶主要是由于糖膏冷却的结果而产生，虽然 一小部分将由于浓度的增加而由所发生的蒸发造成。在这两种情况中，这就是无需供热驱 动蒸发的结晶。
[0009] 结晶：晶核形成和/或晶体生长。
[0010] 流的晶体产率：对于包含晶体的流，这是指表示成可溶性固体的总重量在流中的 百分比的晶体重量（即，晶体重量如同晶体重量和溶解性固体重量之和在母液中的百分 比）。
[0011] 加工方法的晶体产率：对于制备晶体的方法，这是指所产生的晶体的重量，表示为 可溶性固体的总重量在进入处理的流中的百分比。
[0012] 一效蒸发器：多个串联运行的蒸发器组成的系统中的一个（例如，第一效，第二 效），该系统被视为多效系统。相应标记冷凝物和汁汽（vapour)(例如，第一冷凝物和汁汽 一：分别来自第一效的冷凝物和汁汽）。
[0013] 蒸发式结晶：在大致恒定的温度下，通过保持恒定的工作压强来实现，通过增加超 过可溶性阈值的溶质浓度来产生结晶。为实现这一目的，通过使用由加热驱动蒸发来增大 溶质/溶剂的重量比。该加热通常是使用潜热来间接加热，即通过金属壁传输热量，潜热是 由冷凝具有比沸腾溶质的温度更高的饱和蒸气汁汽的蒸汽而释放得到。这是具有结晶的浓 缩。
[0014] 降膜蒸发器/蒸发：一种热交换器，其中在垂直或基本垂直的表面上发生蒸发，且 待蒸发的处理流体在重力的作用下像连续的膜一样向下流动。流体将沿着表面向下增进 (下落）构成膜一一从而由此得名。可以使用适当设计的板或管作为流体流过的表面，但是 应理解的是，本说明书的范围包括降膜蒸发器的其它实施方式。降膜蒸发器很容易积垢固 体，例如通过结晶而结垢，因此不适合用于蒸发式结晶。
[0015] 液体：糖浆，制糖通常术语。
[0016] 糖糊：通过混合晶体和液体这两种产物而产生的混合物。
[0017] 糖膏：结晶过程所得的晶体和母液的混合物。
[0018] 融化：溶解糖晶体的另一种说法。
[0019] 糖蜜：通过离心而与结晶分离的母液。
[0020] 母液：结晶期间糖膏阶段的液体；指晶体生长于其中的糖浆或液体。
[0021] 多效蒸发：有效利用来自蒸汽的热量来蒸发水，其中水沸腾于一连串容器中，每个 容器保持的压力小于上一个容器。因为水的沸点温度随压力的降低而降低，所以一个容器 中汽化的汁汽（vapour)可以用来加热下一个容器，只有第一个容器（处于最高压力的）需 要外部热源。
[0022] 煮糖罐（pan)或真空煮糖罐：制糖工业中用于从液体、糖浆或糖蜜结晶出糖的真 空蒸发式结晶器。
[0023] 偏振（或转光度）：表示为由偏振光的旋光度通过糖溶液而测量得到的重量百分 比的明显的蔗糖含量。这仅对于纯蔗糖溶液是准确的。
[0024] 原糖：原糖糖坊生产的红糖，通常要送往精炼厂以进一步加工为白砂糖。
[0025]回收室：精炼糖厂的一部分，用于生产纯度不足以被归类为精制糖的结晶糖，并因 此通常被回收用作精炼厂的投入品，其在精炼厂被视为原糖。
[0026] 精炼厂：加工厂，目的是精炼原糖以生产精制糖。
[0027] 精制糖：非常高纯度的糖（蔗糖），在各种杂质成分最主要是色素（例如，小于 50ICUMSA颜色单位）为最大程度的规格下，纯度通常在99. 9%以上。
[0028] 精炼：通过化学和物理方法对糖进行纯化，通常包括溶解、澄清、过滤、脱色和重新 结晶这些方法中的一些或全部。
[0029] 原蜜：离心糖膏时产生的糖浆或糖蜜的泛称。
[0030] 饱和：处于饱和状态的糖溶液在溶液温度下将不再溶解晶体。
[0031] 引晶播种：(a)引入晶体碎肩诱导成核，作为发起结晶过程的手段；(b)引入糖糊 (类似完全播种）形式的细晶以开始结晶。
[0032] 晶种：饱和酒精溶液中悬浮的细晶，或在真空煮糖罐中引晶播种得到的初始晶粒。
[0033] 蔗糖：被称作白糖的纯化合物C12H22011，一般通过在纯溶液中进行偏振或者通 过在不纯溶液中进行气相色谱法（GC)或者高效液相色谱法（HPLC)来测定。化学术语是 PD-呋喃果糖a-D-吡喃葡糖苷。
[0034] 白糖：双糖蔗糖的术语，是制糖业的产品，主要由蔗糖组成。
[0035] 过饱和：溶液中蔗糖含量大于饱和溶液中蔗糖含量的程度。
[0036] 糖浆：来自蒸发器的浓缩汁液或者糖溶液。
[0037] 汁汽（Vapour):-般用于描述所处理的流产生的蒸汽，而非蒸发高纯度水生成的 蒸汽。汁汽流的压力通常低于大气压力。
[0038] 抽汁汽（Vapourbleeding):在多效蒸发器站内从一个或多个汁汽流抽取汁汽的 过程。通过使用这种汁汽替代相同类型的蒸汽来馈送到多效蒸发器站，可以节省蒸汽。
[0039] 汁汽压缩：一种用于通过增加压力继而增加汁汽流温度来提高能源效率的技术。 这可以通过使用由高压蒸汽（热压）或由机械压缩机（汁汽再压缩）来驱动文丘里喷嘴而 达成。
[0040] 发明背景
[0041] 蔗糖是世界各地食品加工应用中作为甜味剂使用的双糖化合物。结晶蔗糖主要由 栽植于地球的热带和亚热带地区的甘蔗植物生产。在本说明书中，术语"糖"被认为是指蔗 糖。
[0042] 纵观当今世界，通过两个步骤实现从甘蔗精制甘蔗糖：(a)原糖加工；和（b)精炼 加工。
[0043] 在原糖加工中，位于或靠近蔗田的糖坊将收获的甘蔗植株转换成被称为原糖（不 纯结晶蔗糖）的国际贸易商品。原糖被运到位于世界各地人口密集中心的精炼糖厂，在那 里，它被转换成各种精制的最终产物。和糖坊相比，精炼糖厂的几乎全部输出将以一种或其 它种形式供人食用。
[0044] 在糖坊的原糖生产中，甘蔗茎杆被切成小块。然后，从甘蔗中提取甘蔗汁，残留被 称为蔗渣的纤维材料。所提取的蔗汁随后被澄清，得到浅色原糖溶液（汁液）。澄清的汁液 随后通过一系列的蒸发器处理，以消除大约占甘蔗汁液85%的水分，得到被称为糖浆的浓 缩糖溶液。接着使糖浆通过结晶处理，产生糖晶体，并进一步分离出杂质。最后，通过离心 分离原糖和此时被称为糖蜜的糖浆。糖蜜通常被处理一次以上，使得可以从糖浆中回收尽 可能多的糖。
[0045] 在精炼糖厂中，对来自糖坊的不纯蔗糖晶体进行清洗然后融化（溶解于水）。接 着，纯化糖溶液，并（可选地）进行脱色处理（包括通过碳酸化、磷酸化、离子交换、碳及其 组合方式）。随后将糖溶液通过蒸发器除去一部分水，然后将剩余产物送到真空煮糖罐以进 一步蒸发和结晶。精炼厂通常利用真空蒸发式结晶设备进行结晶。结晶是在分批的蒸发式 结晶器或连续的蒸发式结晶器中进行。蒸发式结晶器在制糖业通常称为"煮糖罐"。随后将 最终产物通过离心机，从母液中分离出纯蔗糖晶体，得到精制的蔗糖晶体和原蜜。由于母液 中包含着大多数的杂质，所以去除粘附在晶体上的即使是最小量的母液，这是非常重要的。 为了达到这一目的，传统是用热水冲洗晶体，最后用蒸汽进行净化，同时晶体仍保留在离心 机篮内。需要非常小心使用这种方法和所加入的水量，以在最大限度地净化母液的同时，最 小化晶体的任何溶解。
[0046] 在糖坊（其中糖再生于甘蔗汁），还经由重新结晶即通过蒸发式结晶和冷却来进 行纯化处理。冷却结晶所使用的设备被简称为"结晶器"。
[0047] 目前世界各地通常使用这种先制备原糖然后精炼原糖的基本加工方法，以生产高 质量且转光度（或光学测量纯度）为约99. 90%至99. 99%的白色精制甘蔗糖（蔗糖）。这 是一个两步的加工工艺，被使用于附近有精炼糖厂的地方或者甚至在糖坊内使用。甚至制 糖业以外的实体已经部署自己的商业事务以适应这种状态的技术。原始（不纯）糖作为纽 约和伦敦证券交易所的商品在全球上市。
[0048] 因此，糖坊生产粗糖制品，其主要产品是（不纯）原糖，而主要人口中心要求的高 品质的精制糖来自精炼糖厂。精炼糖厂是采用昂贵的设备和大量的化学品、并消耗大量能 源以生产精制糖产品（蔗糖结晶）的有技术含量的企业。
[0049] 不论前期加工是用来给精炼处理提供已脱色的糖，制糖业已知的加工方法在结晶 纯化步骤中产生如下缺陷。
[0050] 1.该技术依赖于蒸发式结晶。为了优化结晶过程（即生长适当大小的晶体，但尽 量减少杂质的形成和夹杂），需要小心温度以及过饱和控制。在使用蒸发式结晶时，真空的 使用对温度控制很重要，并且需要蒸发以去除水分及维持过饱和。结晶和蒸发过程是在单 个装置内进行。由于结晶和蒸发过程不是独立进行的，所以设计设备来达到高效节能蒸发 和最佳结晶条件是很难的。
[0051] 2.由于1)，传统的精炼是能量密集型过程。用于优化蒸发例如多效蒸发、汁汽压 缩和抽汁汽的标准节能技术在真空结晶器（煮糖罐）中的应用有限。
[0052] 现在本发明能够在生产出高品质精制糖的同时极大地降低能耗。因此，本发明有 利于能源和物质资源的保护，以及最大限度地减少对环境的污染。特别是（但不限于）：
[0053] ?大大减少需要的燃料（通常为煤炭或燃油形式），
[0054] ?大大减少需要的主要资本设备（例如锅炉和冷却塔），
[0055] ?(由于工厂内改进循环）降低处理水的需求，以及
[0056] ?降低（和抽除水分以冷凝煮糖罐的汁汽相关联的）电力需求。
【发明内容】
[0057] 根据本发明的第一方面，提供一种用于精炼不纯结晶蔗糖的方法，所述方法包括 应用多效降膜蒸发，以无结晶地浓缩原蜜，所述原蜜由蔗糖结晶过程的糖膏的离心而产生。
[0058]