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离子纤维对蔗汁脱色的研究

    2009/1/30 16:56:00    阅读次数:11762    

         概述

离子交换广泛应用于化工、制药、水处理、轻工食品、农副产品加工等行业;离子交换树脂种类繁多,针对甘蔗制糖工业生产糖汁的除色,我们经过筛选,选择了较适合制糖工业生产应用的离子交换纤维,对蔗汁进行除色试验。离子交换纤维是以合成纤维材料为基础的离子交换纤维,经过特殊处理,使其含有活动离子,具有较好的置换除色作用,无毒,在制药工业、水处理有较广泛的应用。
离子交换纤维与普通离子交换树脂不同,其内部成丝状,同一体积的树脂要比普通颗粒树脂表面积大20倍左右,吸附能力强,所以其除色效果是非常好的。
室内试验材料:
取亚硫酸法糖厂生产的清汁进行离子交换纤维脱色处理和普通离子交换树脂脱色处理对比。
普通离子交换树脂为安徽三星树脂科技有限公司生产的ABBH103离子交换树脂,试验用量为50克。
离子交换纤维为广州文龙化工有限公司生产的新型纤维树脂,试验用量为50克。
试验方法:
取亚硫酸法糖厂生产的清汁进行脱色处理,对比脱色效果,色值分析采用糖厂普遍使用的721-100型分光光度计,离子交换柱均采用¢50×800规格,色值计算单位为国际糖色值IU表示。
清汁浓度为18°Bx,清汁色值为2450IU,采取高位静压流经离子交换柱的方法进行试验。
试验结果如下:
普通离子交换树脂脱色效果

(分钟)
1
5
10
15
20
25
30
通过量(ml
 69
 345
692
1035
1380
1720
2070
IU
 470
475
480
488
493
503
505

 
离子交换纤维脱色效果

(分钟)
1
5
10
15
20
25
30
通过量(ml
 82
 410
450
1235
1645
2050
2465
IU
 350
352
355
360
363
365
370

 
从实验结果可以看出,普通离子交换树脂脱色率为79.38%,而离子交换纤维脱色率为84.90%,离子交换纤维脱色率比普通离子交换树脂脱色率高5.52个百分点,这就说明离子交换纤维脱色效果要比普通离子交换树脂脱色效果好。
通量试验:
以普通离子交换树脂和离子交换纤维两种离子交换树脂进行等量过滤,各用50克树脂材料,过滤时间一样的情况看哪种树脂通量大,达到过滤快、使用时间长的效果。
通量分析结果

时间(分钟)
10
20
30
60
90
120
180
240
普通树脂(ml
728
1420
2130
4223
6289
9302
12540
16540
离子交换纤维(ml
826
1650
2433
4839
7235
9620
14370
19250

  从以上试验情况看,普通离子交换树脂平均通量为 1.38 ml/g.min,离子交换纤维平均通量为1.61 ml/g.min,在过滤240分钟后,离子交换纤维比普通离子交换树脂多过滤了2710 ml/min。就过滤通量来说,离子交换纤维要比普通离子交换树脂大,过滤效果也好,衰减也较慢,说明离子交换纤维要比普通离子交换树脂使用寿命长。
  采用离子交换树脂脱色或离子纤维脱色,温度也是一个影响的因素,当温度高时蔗汁粘度降低,过滤速度快,对过滤有好处;温度过低时,蔗汁粘度大,过滤速度就会慢,影响过滤通量;但温度过高,对膜的使用寿命也受到影响,离子交换树脂和离子纤维都有一定的耐温性,所以选择合适的过滤温度,对离子交换脱色也是一个关键。
对糖厂清汁过滤我们经过试验,综合分析最佳效果,我们认为选取70~75℃的过滤温度较合适,首先考虑到离子纤维的耐温情况,温度太高,对离子纤维的寿命有影响,而且糖厂生产的热能调配也是一个不可忽视的问题;温度低了,对过滤脱色的通量也有影响,综合考虑,对过滤的各种条件,我们认为选用70℃的过滤温度较理想。
以下是我们试验的一些数据:

 
温度(℃)
通量(ml/g.min
温度(℃)
通量(ml/g.min
普通离子树脂
20
40
60
1.23
1.25
1.31
70
80
90
1.38
1.41
1.47
离子纤维
20
40
60
1.45
1.49
1.51
70
80
90
1.62
1.65
1.70

 
虽然在温度在高于70时,过滤通量较大一点,但由于温度过高对离子交换膜有影响,容易引起老化,对膜的使用寿命也有影响,温度高于70℃时并不是最佳温度,低于70℃时过滤速度不理想,所以我们认为过滤温度最好在70℃至75℃之间。
       离子交换树脂和离子纤维使用了一段时间以后,通量总会有一些衰减的,离子交换树脂和离子纤维都会逐渐处于半饱和或饱和状态,过滤速度减慢,会堵塞一些过滤微孔,出现这种情况就要对离子交换树脂进行再生处理,恢复它的通量是很有必要的,根据不同的离子交换树脂,我们采用不同的再生方法进行再生处理。我们一般采用盐水清洗,然后再用酸反洗,这样的效果比较好。再生后的通量可以恢复到93%以上,当然这也要有适合的温度才能达到较理想的效果。经过反复试验,再生的温度也是在70时较好,在70时离子交换树脂的再生率为84.53%,离子纤维的再生率为93.68%,再生的效果还是比较好的。
结果
      从以上分析看,离子交换树脂和离子纤维相比,不管是过滤通量还是过滤质量、再生效果,都是离子交换纤维比较好,这说明离子交换纤维在制糖生产上的脱色是有较好的效果的,应用前景也是好的,从初步试验的结果可以得到以下结论:
      离子交换纤维对糖汁有较强的脱色作用,有进一步进行生产试验研究的价值。
      离子交换纤维对糖厂清汁的脱色效果好,因为清汁中杂质较少,能充分发挥离子交换纤维的作用。所以要利用离子交换纤维脱色,在前面还要把蔗汁进行预处理,把较大的非糖分前期除去,对离子交换纤维脱色才能收到更好的效果。
      离子交换纤维与离子交换树脂相比,离子交换纤维对清汁脱色效果更好,过滤速度更快,再生效果更好。对糖厂清净脱色,提高糖厂产品质量有较大的促进。
      通过这次试验,还了解到离子交换纤维也存在着一些不足,比如由于离子交换纤维成纤维状,对较大颗粒的杂质,特别是胶体对离子交换纤维过滤脱色有较大的影响,过滤通量衰减较快,所以离子交换纤维不宜对糖厂混合汁进行脱色过滤,而对清汁脱色过滤较好。

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