一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统及其处理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统及其处理方法，所述系统包括依次连接的微滤膜处理装置、非极性树脂吸附装置、超滤膜处理装置、纳滤处理装置、除盐装置和反渗透处理装置。所述处理方法包括：对经过稀释分离的糖蜜依次进行微滤膜处理、非极性树脂吸附、超滤膜处理、纳滤处理、除盐处理和反渗透处理。本发明专利技术提供的工艺能够实现糖蜜的循环套用和高值化利用，减少树脂再生产生的高盐废水，避免超滤膜污染的同时增加蔗糖透过率，从而降低膜法处理糖蜜的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统及其处理方法
本专利技术属于精制糖蜜
，涉及一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统及其处理方法。
技术介绍
糖蜜是制糖过程的副产物，含有丰富的糖类等还原性物质。甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料，经过压榨、蔗汁澄清净化、过滤处理、蒸发浓缩和结晶制糖后产生的深棕色、粘稠状副产物，俗称桔水。甘蔗糖蜜的产量为原料甘蔗的2.5wt％～3.0％，总糖含量约为50wt％，糖锤度大于60％。其中糖分主要是蔗糖、葡萄糖和果糖。除此以外，甘蔗糖蜜中还含有大量无机盐和多种色素，如黄酮类色素、酚类色素、美拉德色素和焦糖色素等。甘蔗糖蜜多用作发酵底物生产酒精、味精和有机酸等，但由于过多色素和无机盐的存在，导致产生大量高盐高COD的发酵废水，不仅降低了糖蜜的经济价值，还带来了严重的环境污染。糖蜜主要是在甘蔗清汁蒸发结晶过程中，色素、还原糖和无机盐等杂质累积以及生成所导致产生的。对糖蜜中色素、还原糖和无机盐的去除可以实现糖蜜的循环套用，从而实现糖蜜的高值化利用。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，其采用超滤和纳滤膜对甘蔗混合汁进行脱色和去除还原糖，以降低甘蔗混合汁的色值并提高其纯度，减少糖蜜的生成。此外，也有采用活性炭、微滤膜或离子交换树脂对糖蜜澄清脱色精制的报道，然而由于糖蜜的成分复杂，都无法实现对糖蜜中还原糖的利用。CN107435084A提出利用多级膜过滤对甘蔗糖蜜进行精制的新工艺，首先采用超滤膜对稀释离心后的糖蜜进行脱色澄清处理，超滤浓缩液用于天然色素提取，超滤透过液通过离子交换树脂进一步脱色和除盐后进入纳滤膜系统，经纳滤膜浓缩除杂后，富含蔗糖的纳滤浓缩液继续循环套用结晶生产白砂糖，富含还原糖的纳滤透过液经过反渗透膜浓缩后可用于制备功能糖饮料，反渗透透过液用于超滤膜处理过程中糖蜜的稀释和洗滤。但是，这种工艺在实际应用中存在以下三个问题：(1)甘蔗糖蜜中存在部分胶体悬浮物，难以通过离心去除，将影响从超滤浓缩液中提取的色素品质；(2)糖蜜中的非极性色素易吸附在超滤膜表面，形成膜污染，降低膜通量并减少蔗糖的透过率(增加渗透压，浪费洗滤水)；(3)超滤透过液中含有大量小分子色素和高价盐离子，后续离子交换树脂处理负荷重，酸碱洗脱液用量大，产生大量高盐废水。这些问题都会增加糖蜜精制的成本并降低其产品附加值。因此，如何实现糖蜜的全组分和高值化利用，并且工艺更绿色环保、易于连续化和自动化生产已成为目前研究的热点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统及其处理方法，以实现糖蜜的循环套用和多组分回收，该工艺绿色环保，易于连续化和自动化生产，无化学添加剂。第一方面，本专利技术提供了一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统，所述系统包括依次连接的微滤膜处理装置、非极性树脂吸附装置、超滤膜处理装置、纳滤处理装置、除盐装置和反渗透处理装置。本专利技术所述系统也可以称为装置、设备或者生产装置以及其的组合等。本专利技术所述系统中依次相连，具体的指：微滤膜处理装置的透过液出口与非极性树脂吸附装置的处理液入口相连，非极性树脂吸附装置处理后的液体与超滤膜处理装置的处理液入口相连，超滤膜处理装置的透过液出口与纳滤处理装置的处理液入口相连，纳滤处理装置的透过液与除盐装置的处理液入口相连，除盐装置处理后的液体进入反渗透处理装置。本专利技术提供的利用多级膜过滤和树脂吸附对糖蜜进行精制的系统和方法，采用了微滤-非极性树脂吸附-超滤-纳滤-除盐-反渗透的集成技术，实现了对糖蜜中糖和色素的分级利用。本专利技术所述系统采用微滤膜处理经过稀释分离的废糖蜜，对其进行澄清处理，以去除糖蜜中存在部分胶体悬浮物，并利用树脂吸附将微滤透过液中非极性色素回收。利用超滤膜处理装置将经过树脂吸附后的微滤透过液中的蔗糖、还原糖和无机盐与极性色素分离，富含色素的超滤浓缩液通过喷雾干燥回收其中的极性色素。超滤膜处理装置的透过液进入纳滤处理单元将还原糖和无机盐与蔗糖分离，富含蔗糖的纳滤浓缩液用于白砂糖结晶；纳滤透过液经除盐处理，将其中的无机盐(包括对K+、Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-和PO43-以及少量色素等。)去除后，进入反渗透处理装置进行浓缩，将还原糖和水分离，分离得到的含有还原糖的反渗透浓缩液用于制备果葡糖浆，反渗透透过液作为糖蜜稀释用水和超滤洗滤水。本专利技术所述系统，若在超滤膜处理装置前不设置微滤膜处理装置和非极性树脂吸附装置，则无法去除糖蜜中存在的胶体悬浮物和非极性色素，进而影响后续从超滤浓缩液中提取的色素品质；并且，存留的非极性色素易吸附在超滤膜表面，形成膜污染，降低膜通量并减少蔗糖的透过率。同时，微滤膜处理装置和非极性树脂吸附装置的设置顺序也是不可调整的，若将微滤膜处理装置和非极性树脂吸附装置的位置进行调换，胶体悬浮物会附着在非极性树脂上，降低其吸附容量和解吸得到的非极性色素品质。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，所述系统在微滤膜处理装置前还包括稀释装置和分离装置。优选地，所述分离装置为离心装置。优选地，所述系统还包括干燥装置，所述干燥装置与超滤膜处理装置的浓缩液出口相连，以回收超滤膜处理装置的浓缩液中的极性色素。优选地，所述干燥装置为喷雾干燥装置。优选地，所述反渗透处理装置的透过液与稀释装置的稀释液入口和/或超滤膜处理装置的洗滤水入口相连，即反渗透处理装置的透过液用于作为糖蜜稀释用水和超滤洗滤水。作为本专利技术优选的技术方案，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜的孔径为0.005μm～0.45μm，例如0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm或0.45μm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0.01μm～0.1μm。优选地，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜为卷式组件、管式组件、平板式组件或中空纤维式组件中的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：卷式组件和管式组件的组合，平板式组件和中空纤维式组件的组合，卷式组件、管式组件和平板式组件的组合，卷式组件、管式组件、平板式组件和中空纤维式组件的组合等。优选地，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜的材料为聚酰胺、聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚芳醚砜酮、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但限制性实例有：聚酰胺和聚砜的组合，聚醚砜和磺化聚醚砜的组合，聚偏氟乙烯和聚芳醚砜酮的组合，氧化铝、氧化锆和氧化钛的组合，氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅的组合等。优选地，所述非极性树脂吸附装置中所用树脂为非极性树脂，优选为大孔树脂，其孔径为100nm～1000nm，例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm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300nm～600nm。优选地，所述大孔树脂为苯乙烯树脂和/或二乙烯苯树脂，例如苯乙烯树脂和二乙烯苯树脂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的微滤膜处理装置、非极性树脂吸附装置、超滤膜处理装置、纳滤处理装置、除盐装置和反渗透处理装置。

【技术特征摘要】
1.一种分级回收糖蜜中色素和糖的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的微滤膜处理装置、非极性树脂吸附装置、超滤膜处理装置、纳滤处理装置、除盐装置和反渗透处理装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统在微滤膜处理装置前还包括稀释装置和分离装置；优选地，所述分离装置为离心装置；优选地，所述系统还包括干燥装置，所述干燥装置与超滤膜处理装置的浓缩液出口相连；优选地，所述干燥装置为喷雾干燥装置；优选地，所述反渗透处理装置的透过液与稀释装置的稀释液入口和/或超滤膜处理装置的洗滤水入口相连。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜的孔径为0.005μm～0.45μm，优选为0.01μm～0.1μm；优选地，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜为卷式组件、管式组件、平板式组件或中空纤维式组件中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述微滤膜处理装置中所用微滤膜的材料为聚酰胺、聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚芳醚砜酮、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述非极性树脂吸附装置中所用树脂为非极性树脂，优选为大孔树脂，其孔径为100nm～1000nm，优选为300nm～600nm；优选地，所述大孔树脂为苯乙烯树脂和/或二乙烯苯树脂。4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述超滤膜处理装置中所用的超滤膜的截留分子量为400Da～5000Da，优选为500Da～2000Da；优选地，所述超滤膜处理装置中所用的超滤膜为卷式组件、管式组件、平板式组件或中空纤维式组件中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述超滤膜处理装置中所用的超滤膜的材料为聚哌嗪、聚酰胺、聚砜、聚醚砜或磺化聚醚砜中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述纳滤处理装置中所用的纳滤膜的截留分子量为150Da～300Da，优选为200Da；优选地，所述纳滤处理装置中所用的纳滤膜为卷式组件；优选地，所述纳滤处理装置中所用的纳滤膜的材料为磺化聚醚砜和/或聚酰胺；优选地，所述除盐装置为离子交换树脂处理装置；优选地，所述离子交换树脂处理装置中所用离子交换树脂为阴离子交换树脂和/或阳离子交换树脂；优选地，所述反渗透处理装置中所用反渗透膜对氯化钠的标准脱盐率为99.0％～99.8％；优选地，所述反渗透处理装置中所用反渗透膜为卷式组件；优选地，所述反渗透处理装置中所用反渗透膜的材料为聚酰胺和/或醋酸纤维素。5.一种分级回收糖蜜中色素和糖的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤：对经过稀释分离的糖蜜依次进行微滤膜处理、非极性树脂吸附、超滤膜处理、纳滤处理、除盐处理和反渗透处理。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)经过稀释分离的糖蜜进行微滤膜处理，得到的微滤膜透过液进行非极性树脂吸附去除非极性色素；(2)经过非极性树脂吸附去除非极性色素后的微滤膜透过液进行超滤膜处理，得到的超滤膜透过液进行纳滤处理将超滤膜透过液中的还原糖和无机盐与蔗糖分离；(3)纳滤处理得到的透过液进行除盐处理去除无机盐后，进行反渗透处理，得到反渗透浓缩液和反渗透透过液。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述糖蜜包括甘蔗糖蜜和/或甜菜糖蜜；优选地，所述稀释分离包括：将糖蜜加热后用水进行稀释，调整pH后进行分离；优选地，所述加热温度为50℃～7...

【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