澄清工藝中石英砂粒徑及濾層厚度對(duì)澄清效果影響研究

趙亞紅 方欣桐 楊麗 遲雅麗 中糧糖業(yè)遼寧有限公司 遼寧營(yíng)口 115009

混濁度是成品糖質(zhì)量指標(biāo)中較關(guān)鍵的指標(biāo)，與糖漿的過(guò)濾澄清有密切的關(guān)系。中糧糖業(yè)遼寧糖業(yè)有限公司精煉糖廠(chǎng)采用的澄清工藝為化學(xué)法和物理法的結(jié)合，即碳化法和板框過(guò)濾，二者方法的結(jié)合使非糖雜質(zhì)、色素、膠體和混濁物得到一定程度的去除，[1]但是想要得到更高質(zhì)量的糖漿、質(zhì)量更佳的成品糖還需要進(jìn)一步的研究。

王健等人[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，加入磷酸和絮凝劑可以使粗糖漿的還原糖和色值下降，原糖色值、不溶于水雜質(zhì)也有所下降，表明該工藝在一定程度上可以有效指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。王寶等人[3]采用卷氏有機(jī)納濾膜對(duì)甜菜制糖的二清汁進(jìn)行過(guò)濾，探討了甜菜制糖澄清工藝的可行性。而研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于石英砂在糖廠(chǎng)澄清工藝中的作用鮮有報(bào)道，石英砂一般在水處理中作為過(guò)濾材料應(yīng)用廣泛，石英砂抗壓耐磨，化學(xué)性能穩(wěn)定，使用周期長(zhǎng)，價(jià)格低廉，可以有效截留液體中的顆粒物，達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。[4]

本文根據(jù)石英砂各項(xiàng)指標(biāo)選出不同粒徑的石英砂進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，研究石英砂粒徑及濾層厚度對(duì)澄清效果的影響，改善澄清工藝，為澄清工序提供理論指導(dǎo)，為制定新的工藝指標(biāo)和開(kāi)展技術(shù)革新等提供必要的科學(xué)依據(jù)。

1 試劑與儀器

1.1 原料與試劑

清糖漿（來(lái)自中糧糖業(yè)遼寧有限公司生產(chǎn)車(chē)間）；石英砂，鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

折光儀，分光光度計(jì)，HK-218硅酸根分析儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置及材料

濾前糖漿為板框過(guò)濾后的清糖漿，濾柱直徑為60mm，高500mm，過(guò)濾速度57mL/min，采用蠕動(dòng)泵等速過(guò)濾。不同濾柱的比例見(jiàn)表1。

表1 不同濾柱濾料比例

濾層總高為270mm，Ⅰ濾柱、Ⅱ?yàn)V柱和Ⅲ濾柱無(wú)0.28-0.63mm的 濾 層，0.5-1.0mm的 高 度 分 別 為70、80和90mm，1.0-2.0mm高度相同，Ⅱ?yàn)V柱、Ⅲ濾柱和Ⅳ濾柱2.0-4.0mm高度相同，Ⅰ濾柱、Ⅱ?yàn)V柱和Ⅳ濾柱4.0-8.0mm高度相同，而Ⅳ濾柱0.28-0.63mm的高度為30mm。

2 測(cè)定方法

2.1 灼燒減量

將石英砂采用水處理濾料[5]中的方法檢驗(yàn)灼燒減量。

2.2 鹽酸可溶率

將石英砂采用水處理濾料[5]中的方法檢驗(yàn)鹽酸可溶率。

2.3 溶出液二氧化硅含量

將得到的溶液采用全硅的測(cè)定方法[6]使用硅酸根分析儀測(cè)定溶出液二氧化硅含量。

2.4 清汁色值及混濁度的測(cè)定[7]

3 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果分析

灼燒減量、鹽酸可溶率及溶出液二氧化硅含量對(duì)于篩選石英砂具有重要作用。本實(shí)驗(yàn)先通過(guò)三項(xiàng)指標(biāo)選出符合條件的石英砂，再通過(guò)不同粒徑和厚度的比較分析，以混濁度的脫除率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選出糖汁澄清的最佳工藝條件。

3.1 石英砂的選擇

表2 石英砂的選擇

灼燒減量大的易引起變形、缺陷等問(wèn)題。鹽酸可溶率是單位時(shí)間內(nèi)石英砂能夠在鹽酸中溶解的量，為石英砂選擇的一個(gè)比較重要的指標(biāo)且不能大于3.5%，指標(biāo)過(guò)大，就會(huì)造成石英砂的大量消耗，從而增加成本。而溶出液中的二氧化硅含量過(guò)高會(huì)造成受熱面的傳熱性能變差，產(chǎn)生硅酸鹽積垢，所以二氧化硅含量越小越好。由表2知，對(duì)比三個(gè)廠(chǎng)家的上述三個(gè)指標(biāo)可以看出C廠(chǎng)家的4個(gè)不同粒徑的石英砂各項(xiàng)指標(biāo)較A和B廠(chǎng)家指標(biāo)偏小，所以選擇C廠(chǎng)家開(kāi)展下述實(shí)驗(yàn)對(duì)澄清工藝進(jìn)行研究。

3.2 濾料比例對(duì)清糖漿濁度的影響

受板框過(guò)濾影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中清糖漿濁度有一定的波動(dòng)，圖1可能并不能體現(xiàn)出濾柱一個(gè)周期內(nèi)真實(shí)的變化情況，但是可以有效地將不同濾柱過(guò)濾后效果進(jìn)行對(duì)比，從而得出濾料比例對(duì)過(guò)濾效果的影響。

圖1 不同比例對(duì)濾柱的影響

從圖1可以看出脫除率效果為Ⅳ濾柱＞Ⅲ濾柱＞Ⅱ?yàn)V柱＞Ⅰ濾柱，Ⅰ濾柱和Ⅱ?yàn)V柱粒徑相同，1.0-2.0mm和4.0-8.0mm高度相同，0.5-1.0mm和2.0-4.0mm不同，但Ⅱ?yàn)V柱脫除效果比Ⅰ濾柱較好，說(shuō)明可能主要起脫除作用的粒徑為0.5-1.0mm，2.0-4.0mm起骨架支撐作用，0.5-1.0mm高度為80mm時(shí)脫除率為50%左右。同理可知Ⅲ濾柱脫除效果好于Ⅱ?yàn)V柱，是由于0.5-1.0mm粒徑的濾層高于Ⅱ?yàn)V柱，4.0-8.0mm也起骨架支撐作用，0.5-1.0mm高度為80mm時(shí)脫除率為60%左右。Ⅳ濾柱由表2可知并未對(duì)0.28-0.63mm進(jìn)行篩選，只是進(jìn)行初步澄清實(shí)驗(yàn)，由表1知Ⅳ濾柱增加一個(gè)0.28-0.63mm的濾層30mm，0.5-1.0mm粒徑的濾層比Ⅲ濾柱低30mm，而由圖1可知脫除效果好于Ⅲ濾柱，說(shuō)明1.0-2.0mm也起支撐作用，真正改善脫除效果的為0.28-0.63mm和0.5-1.0mm粒徑的石英砂，并且石英砂粒徑越小，脫除效果越好。

4 結(jié)論

從3.2實(shí)驗(yàn)中了解到石英砂粒徑越小，脫除效果越好，車(chē)間澄清工藝也越好，初始糖漿70MAU時(shí)，Ⅲ濾柱和Ⅳ濾柱脫除率分別為60%和70%左右，但我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)0.28-0.63mm粒徑的石英砂效果雖好，相同流速會(huì)造成恒流泵壓力增大，且在沖洗過(guò)程中不可以排空液體，否則0.28-0.63mm粒徑的石英砂會(huì)下陷至其他濾層，起不到澄清效果，甚至可能會(huì)堵塞管道。因此實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)需要選擇何種濾柱。

上述實(shí)驗(yàn)為制糖車(chē)間進(jìn)一步改善澄清工藝提供理論指導(dǎo)，對(duì)提高糖汁澄清效果，改善糖品質(zhì)量提供了新思路和研究方向，對(duì)節(jié)約成本，提質(zhì)增效具有重要意義。