一种全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法，所述系统包括预处理单元、多级膜过滤单元和浓缩液处理单元；其中，所述预处理单元包括振动筛以及固液分离装置；所述多级膜过滤单元包括澄清膜、脱色膜、浓缩膜和反渗透膜；所述浓缩液处理单元包括卧式离心机和转鼓真空过滤机。本发明专利技术所述方系统及方法能够避免澄清膜浓缩液在系统中的累积，实现脱色膜浓缩液、浓缩膜透过液和结晶母液的高值化利用；整个工艺过程中无化学试剂添加，甘蔗混合汁中的全部组分都得到高值化利用，无废蜜产生，可实现蔗糖回收率大于95％。

【技术实现步骤摘要】
一种全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法
本专利技术属于制糖
，涉及一种全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法，尤其涉及一种基于纯物理分离的全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法。
技术介绍
现有的甘蔗制糖工艺，包括甘蔗压榨提汁、甘蔗混合汁清净、清汁蒸发浓缩、结晶、分蜜和干燥等工段。混合汁的澄清脱色效果，直接决定了成品糖的质量。传统的清净工艺是在混合汁中添加大量的石灰和二氧化硫(亚硫酸法)，或者添加石灰和碳酸气等(碳酸法)，之后分离沉淀除去混合汁中的非糖杂质，以降低色值和浊度。因此，在制糖过程中会产生大量废水、固废和副产物(废蜜)，并且存在工艺复杂，脱色率低，成品糖的质量不稳定和产品中含硫影响食品安全等问题。由于现有的甘蔗制糖工艺存在以上问题，应用纯物理分离的膜技术在甘蔗混合汁清净上的应用得到关注和研究。CN105063247A公开了一种利用多级膜过滤技术精制甘蔗混合汁的制糖工艺，所述方法包括如下步骤：将甘蔗混合汁加热后加入碱性物质调节pH值，通过预处理去除甘蔗混合汁中悬浮杂质后，滤液逐级通过微滤和超滤进行澄清和脱色，最后甘蔗清汁经纳滤浓缩同时去除部分还原糖和无机盐进入后续蒸发结晶工段。但是，甘蔗混合汁膜法清净工艺中预处理、澄清、脱色和结晶四个工段都会产生浓缩液，这些浓缩液中含有大量糖分和其他营养成分，如果直接排放会产生大量高浓度有机废水且造成严重糖分损失，因此浓缩液的处理是甘蔗混合汁膜法清净工艺实现工业化的最大瓶颈。CN105063247A中采用添加石灰或二氧化硫等化学品对脱色膜浓缩液进行处理后返回澄清工段，但此工艺仍然没有摆脱传统的化学法，造成糖蜜的污染使其附加值下降。CN105603130A公开了一种多级逆流洗滤装置和回收膜浓缩液中残糖的方法，虽然可以大幅降低蔗糖损失率，无需添加化学试剂，但仍会耗费大量的纯水，同时增加固定投资成本和运行能耗。另外，澄清膜浓缩液如果返回压榨工段会导致污染物的累积，浓缩膜透过液中仍还有一定浓度的蔗糖和还原糖，需进一步回收，降低整个工艺的糖损失率。因此，如何真正实现甘蔗混合汁的纯物理分离和全组分利用，保证甘蔗制糖的绿色清洁生产和高蔗糖回收率，并且工艺更简单、易于连续化和自动化生产是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的甘蔗制糖工艺中会产生大量废液及废料，以及废液处理过程中需要使用大量化学药剂以及可能造成二次污染的问题，本专利技术提供了一种基于纯物理分离的全组分利用的甘蔗制糖系统及其处理方法。本专利技术所述系统及方法能够避免澄清膜浓缩液在系统中的累积，实现脱色膜浓缩液、浓缩膜透过液和结晶母液的高值化利用，有利于甘蔗的机械化收割及产品的综合利用深加工，降低膜法甘蔗制糖的投资和运行成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种全组分利用的甘蔗制糖系统，所述系统包括预处理单元、多级膜过滤单元和浓缩液处理单元；其中，所述预处理单元包括振动筛以及固液分离装置，所述振动筛的出液口与固液分离装置的进料口相连；所述多级膜过滤单元包括澄清膜、脱色膜、浓缩膜和反渗透膜，所述固液分离装置的出液口与澄清膜进料口相连，澄清膜透过侧出液口与脱色膜进料口相连，脱色膜透过侧出液口与浓缩膜进料口相连，浓缩膜透过侧出液口与反渗透膜进料口相连，浓缩膜截留侧出液口与浓缩液结晶装置相连；所述浓缩液处理单元包括卧式离心机和转鼓真空过滤机，所述固液分离装置的排渣口和澄清膜截留侧出口均与卧式离心机的进料口相连，所述卧式离心机的液体出口与固液分离装置的液体入口相连，所述卧式离心机的固体物料出口与转鼓真空过滤机的进料口相连，所述转鼓真空过滤机的液体出口与固液分离装置的进料口相连。本专利技术中，由于收割甘蔗在收割过程中会带来大量泥土和沙石，泥土进入后续膜分离过程中，将会产生严重的膜污染，使得过滤无法持续进行。并且，混合汁中的一些长纤维和果胶会与泥土形成流动性极差的滤饼，造成滤泥结块和过滤器堵塞问题，因而设置振动筛对甘蔗混合汁进行除渣处理，并利用后续的固液分离器除去悬浮物和泥土，实现甘蔗混合汁中的蔗渣和泥土分级分离。本专利技术中，经过预处理单元处理后的物料进入澄清膜中可以进一步去除大分子和胶体物质，以使甘蔗混合汁满足后续分离以及物质回用的需求。本专利技术中，所述脱色膜产生的浓缩液可以直接制备黑糖，浓缩膜和反渗透膜产生的浓缩液可以制备白糖和金色液体糖，整个系统中没有多余浓缩液产生，也没有固体废弃物和废水产生，实现甘蔗混合汁中的组分全利用。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述振动筛为两级振动筛，其中第一级振动筛的筛网精度为20目～80目，例如20目、40目、50目、60目或80目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；第二级振动筛的筛网精度为100目～200目，例如100目、120目、150目、180目或200目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述第一级振动筛的筛网精度为40目，第二级振动筛的筛网精度为120目。优选地，所述振动筛的排出渣返回甘蔗压榨系统进行甘蔗混合汁的压榨。此处，所述甘蔗压榨系统是指产生甘蔗混合汁的系统，不属于本申请所述甘蔗制糖系统。优选地，所述固液分离装置为自清洗过滤器和/或碟式离心机。优选地，所述自清洗过滤器为蝶式过滤器、刮板式过滤器或反冲洗过滤器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：蝶式过滤器和刮板式过滤器的组合，刮板式过滤器和反冲洗过滤器的组合，蝶式过滤器、刮板式过滤器和反冲洗过滤器的组合等，优选为刮板式过滤器。优选地，所述振动筛与固液分离装置之间设有加碱口和换热器。作为本专利技术优选的技术方案，所述澄清膜截留分子量为30000Da～100000Da，例如30000Da、40000Da、50000Da、70000Da或100000Da等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50000Da。本专利技术中，所述澄清膜的作用在于去除甘蔗混合液中的大分子物料和胶体等物质，以确保后续过程中处理的物料可以满足回收利用的标准。所述澄清膜的截留分子量需控制在一定范围内，若截留分子量过小，会造使膜处理量过小，从而导致膜组件投资大；若截留分离子量过大，会造成后续脱色膜的处理负担过重。优选地，所述澄清膜的膜材料为聚偏氟乙烯、聚砜，聚醚砜、聚芳醚砜酮、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚偏氟乙烯和聚砜的组合，聚醚砜和聚芳醚砜酮的组合，氧化铝和氧化锆的组合，氧化锆、氧化钛和氧化硅的组合，聚偏氟乙烯、聚砜，聚醚砜和聚芳醚砜酮的组合，聚芳醚砜酮、氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅的组合等，优选为聚偏氟乙烯。优选地，所述澄清膜为管式膜组件。作为本专利技术优选的技术方案，所述脱色膜的截留分子量为1000Da～5000Da，例如1000Da、2000Da、3000Da或5000Da等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2000Da。优选地，所述脱色膜的膜材料为聚醚砜、磺化聚醚砜或聚酰胺中任意一种或至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全组分利用的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述系统包括预处理单元、多级膜过滤单元和浓缩液处理单元；其中，所述预处理单元包括振动筛(1)以及固液分离装置(2)，所述振动筛(1)的出液口与固液分离装置(2)的进料口相连；所述多级膜过滤单元包括澄清膜(3)、脱色膜(4)、浓缩膜(5)和反渗透膜(6)，所述固液分离装置(2)的出液口与澄清膜(3)进料口相连，澄清膜(3)透过侧出液口与脱色膜(4)进料口相连，脱色膜(4)透过侧出液口与浓缩膜(5)进料口相连，浓缩膜(5)透过侧出液口与反渗透膜(6)进料口相连，浓缩膜(5)截留侧出液口与浓缩液结晶装置(7)相连；所述浓缩液处理单元包括卧式离心机(8)和转鼓真空过滤机(9)，所述固液分离装置(2)的排渣口和澄清膜(3)截留侧出口均与卧式离心机(8)的进料口相连，所述卧式离心机(8)的液体出口与固液分离装置(2)的液体入口相连，所述卧式离心机(8)的固体物料出口与转鼓真空过滤机(9)的进料口相连，所述转鼓真空过滤机(9)的液体出口与固液分离装置(2)的进料口相连。

【技术特征摘要】
1.一种全组分利用的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述系统包括预处理单元、多级膜过滤单元和浓缩液处理单元；其中，所述预处理单元包括振动筛(1)以及固液分离装置(2)，所述振动筛(1)的出液口与固液分离装置(2)的进料口相连；所述多级膜过滤单元包括澄清膜(3)、脱色膜(4)、浓缩膜(5)和反渗透膜(6)，所述固液分离装置(2)的出液口与澄清膜(3)进料口相连，澄清膜(3)透过侧出液口与脱色膜(4)进料口相连，脱色膜(4)透过侧出液口与浓缩膜(5)进料口相连，浓缩膜(5)透过侧出液口与反渗透膜(6)进料口相连，浓缩膜(5)截留侧出液口与浓缩液结晶装置(7)相连；所述浓缩液处理单元包括卧式离心机(8)和转鼓真空过滤机(9)，所述固液分离装置(2)的排渣口和澄清膜(3)截留侧出口均与卧式离心机(8)的进料口相连，所述卧式离心机(8)的液体出口与固液分离装置(2)的液体入口相连，所述卧式离心机(8)的固体物料出口与转鼓真空过滤机(9)的进料口相连，所述转鼓真空过滤机(9)的液体出口与固液分离装置(2)的进料口相连。2.根据权利要求1所述的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述振动筛(1)为两级振动筛，其中第一级振动筛的筛网精度为20目～80目，第二级振动筛的筛网精度为100目～200目；优选地，所述第一级振动筛的筛网精度为40目，第二级振动筛的筛网精度为120目；优选地，所述振动筛(1)的排出渣返回甘蔗压榨系统进行甘蔗混合汁的压榨；优选地，所述固液分离装置(2)为自清洗过滤器和/或碟式离心机；优选地，所述自清洗过滤器为蝶式过滤器、刮板式过滤器或反冲洗过滤器中任意一种或至少两种的组合，优选为刮板式过滤器；优选地，所述振动筛(1)与固液分离装置(2)之间设有加碱口和换热器。3.根据权利要求1或2所述的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述澄清膜(3)截留分子量为30000Da～100000Da，优选为50000Da；优选地，所述澄清膜(3)的膜材料为聚偏氟乙烯、聚砜，聚醚砜、聚芳醚砜酮、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中任意一种或至少两种的组合，优选为聚偏氟乙烯；优选地，所述澄清膜(3)为管式膜组件。4.根据权利要求1-3任一项所述的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述脱色膜(4)的截留分子量为1000Da～5000Da，优选为2000Da；优选地，所述脱色膜(4)的膜材料为聚醚砜、磺化聚醚砜或聚酰胺中任意一种或至少两种的组合，优选为聚酰胺；优选地，所述脱色膜(4)为卷式膜组件；优选地，所述脱色膜(4)截留侧产生的物料直接熬制得到黑糖。5.根据权利要求1-4任一项所述的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述浓缩膜(5)的截留分子量为150Da～300Da，优选为200Da；优选地，所述浓缩膜(5)的膜材料为聚醚砜、磺化聚醚砜或聚酰胺中任意一种或至少两种的组合，优选为聚酰胺；优选地，所述浓缩膜(5)为卷式膜组件。6.根据权利要求1-5任一项所述的甘蔗制糖系统，其特征在于，所述反渗透(6)膜对氯化钠的标准脱盐率为99.0％～99.8％，优选为99.5％；优选地，所述反渗透膜(6)的膜材料为聚酰胺和/或醋酸纤维素；优选地，所述反渗透模(6)为卷式膜组件；优选地，所述反渗透膜(6)透过侧出液口与转鼓真空过滤机的液体入口相连；优选地，所述浓缩液结晶装置(7)产生的结晶为白糖；优选地，所述浓缩液结晶装置(7)产生的结晶母液与反渗透膜(6)得到的浓缩液混合制备液体糖；优选地，所述转鼓真空过滤机(9)的固体物料出口产出的滤泥作有机肥回用。7.根据权利要求1-6任一项所述的甘蔗制糖系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建泉，万印华，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11