澄清工艺中石英砂粒径及滤层厚度对澄清效果影响研究

赵亚红 方欣桐 杨丽 迟雅丽 中粮糖业辽宁有限公司 辽宁营口 115009

混浊度是成品糖质量指标中较关键的指标，与糖浆的过滤澄清有密切的关系。中粮糖业辽宁糖业有限公司精炼糖厂采用的澄清工艺为化学法和物理法的结合，即碳化法和板框过滤，二者方法的结合使非糖杂质、色素、胶体和混浊物得到一定程度的去除，[1]但是想要得到更高质量的糖浆、质量更佳的成品糖还需要进一步的研究。

王健等人[2]通过研究发现，加入磷酸和絮凝剂可以使粗糖浆的还原糖和色值下降，原糖色值、不溶于水杂质也有所下降，表明该工艺在一定程度上可以有效指导工业生产。王宝等人[3]采用卷氏有机纳滤膜对甜菜制糖的二清汁进行过滤，探讨了甜菜制糖澄清工艺的可行性。而研究发现，对于石英砂在糖厂澄清工艺中的作用鲜有报道，石英砂一般在水处理中作为过滤材料应用广泛，石英砂抗压耐磨，化学性能稳定，使用周期长，价格低廉，可以有效截留液体中的颗粒物，达到净化水质的作用。[4]

本文根据石英砂各项指标选出不同粒径的石英砂进行过滤试验，研究石英砂粒径及滤层厚度对澄清效果的影响，改善澄清工艺，为澄清工序提供理论指导，为制定新的工艺指标和开展技术革新等提供必要的科学依据。

1 试剂与仪器

1.1 原料与试剂

清糖浆（来自中粮糖业辽宁有限公司生产车间）；石英砂，盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

折光仪，分光光度计，HK-218硅酸根分析仪。

1.3 实验装置及材料

滤前糖浆为板框过滤后的清糖浆，滤柱直径为60mm，高500mm，过滤速度57mL/min，采用蠕动泵等速过滤。不同滤柱的比例见表1。

表1 不同滤柱滤料比例

滤层总高为270mm，Ⅰ滤柱、Ⅱ滤柱和Ⅲ滤柱无0.28-0.63mm的 滤 层，0.5-1.0mm的 高 度 分 别 为70、80和90mm，1.0-2.0mm高度相同，Ⅱ滤柱、Ⅲ滤柱和Ⅳ滤柱2.0-4.0mm高度相同，Ⅰ滤柱、Ⅱ滤柱和Ⅳ滤柱4.0-8.0mm高度相同，而Ⅳ滤柱0.28-0.63mm的高度为30mm。

2 测定方法

2.1 灼烧减量

将石英砂采用水处理滤料[5]中的方法检验灼烧减量。

2.2 盐酸可溶率

将石英砂采用水处理滤料[5]中的方法检验盐酸可溶率。

2.3 溶出液二氧化硅含量

将得到的溶液采用全硅的测定方法[6]使用硅酸根分析仪测定溶出液二氧化硅含量。

2.4 清汁色值及混浊度的测定[7]

3 实验方法与结果分析

灼烧减量、盐酸可溶率及溶出液二氧化硅含量对于筛选石英砂具有重要作用。本实验先通过三项指标选出符合条件的石英砂，再通过不同粒径和厚度的比较分析，以混浊度的脱除率为评价指标，筛选出糖汁澄清的最佳工艺条件。

3.1 石英砂的选择

表2 石英砂的选择

灼烧减量大的易引起变形、缺陷等问题。盐酸可溶率是单位时间内石英砂能够在盐酸中溶解的量，为石英砂选择的一个比较重要的指标且不能大于3.5%，指标过大，就会造成石英砂的大量消耗，从而增加成本。而溶出液中的二氧化硅含量过高会造成受热面的传热性能变差，产生硅酸盐积垢，所以二氧化硅含量越小越好。由表2知，对比三个厂家的上述三个指标可以看出C厂家的4个不同粒径的石英砂各项指标较A和B厂家指标偏小，所以选择C厂家开展下述实验对澄清工艺进行研究。

3.2 滤料比例对清糖浆浊度的影响

受板框过滤影响，实验过程中清糖浆浊度有一定的波动，图1可能并不能体现出滤柱一个周期内真实的变化情况，但是可以有效地将不同滤柱过滤后效果进行对比，从而得出滤料比例对过滤效果的影响。

图1 不同比例对滤柱的影响

从图1可以看出脱除率效果为Ⅳ滤柱＞Ⅲ滤柱＞Ⅱ滤柱＞Ⅰ滤柱，Ⅰ滤柱和Ⅱ滤柱粒径相同，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滤柱脱除效果比Ⅰ滤柱较好，说明可能主要起脱除作用的粒径为0.5-1.0mm，2.0-4.0mm起骨架支撑作用，0.5-1.0mm高度为80mm时脱除率为50%左右。同理可知Ⅲ滤柱脱除效果好于Ⅱ滤柱，是由于0.5-1.0mm粒径的滤层高于Ⅱ滤柱，4.0-8.0mm也起骨架支撑作用，0.5-1.0mm高度为80mm时脱除率为60%左右。Ⅳ滤柱由表2可知并未对0.28-0.63mm进行筛选，只是进行初步澄清实验，由表1知Ⅳ滤柱增加一个0.28-0.63mm的滤层30mm，0.5-1.0mm粒径的滤层比Ⅲ滤柱低30mm，而由图1可知脱除效果好于Ⅲ滤柱，说明1.0-2.0mm也起支撑作用，真正改善脱除效果的为0.28-0.63mm和0.5-1.0mm粒径的石英砂，并且石英砂粒径越小，脱除效果越好。

4 结论

从3.2实验中了解到石英砂粒径越小，脱除效果越好，车间澄清工艺也越好，初始糖浆70MAU时，Ⅲ滤柱和Ⅳ滤柱脱除率分别为60%和70%左右，但我们在实验中发现0.28-0.63mm粒径的石英砂效果虽好，相同流速会造成恒流泵压力增大，且在冲洗过程中不可以排空液体，否则0.28-0.63mm粒径的石英砂会下陷至其他滤层，起不到澄清效果，甚至可能会堵塞管道。因此实际生产中可根据需要选择何种滤柱。

上述实验为制糖车间进一步改善澄清工艺提供理论指导，对提高糖汁澄清效果，改善糖品质量提供了新思路和研究方向，对节约成本，提质增效具有重要意义。