低温磷浮法及其应用

低温磷浮法是国内在本世纪才开发成功的将糖厂的蔗汁(混合汁)进行澄清处理的新方法，它可以用在碳酸法糖厂，也可以用在亚硫酸法糖厂，分别有不同的作用和效果。

低温磷浮法的主要特点是在较低的温度(45～55℃)下对蔗汁进行快速的(经过时间10～12分钟)浮清处理，得到质量良好的浮清汁，杂质则凝结成为浮渣而分离除去。

低温磷浮得到的浮清汁再通过原有的澄清流程处理。

如用在碳酸法糖厂,碳酸饱充的加灰量可减少30～50％，生成的滤泥可以再利用，不污染环境。

如用在亚硫酸法糖厂，产品质量明显提高，硫磺用量大幅度减少。

也可以再开发新的工艺流程，以较低的成本生产高质量的产品。

传统的蔗汁澄清方法都要将蔗汁加热到约100℃，否则不能取得良好的澄清效果。

加热对澄清的作用是肯定的，但是加热也带来多种副作用，特别是增加了糖汁中的胶体和色素等多种有害非糖份，影响到白糖的质量，造成后工序处理的困难。

低温磷浮法在较低温度下进行处理，就避免了高温的不良影响。

为了解决传统方法在低温下不可能澄清的问题，开发了新的处理方法。

它不但能达到澄清的目的，还可以大幅度地缩短分离过程所需的时间，由过去的一个多小时缩短到约10分钟。

低温磷浮法的主要优点是可以除去大量的有机胶体物质，如蔗蜡和淀粉除去80～95％，蛋白质除去约60％，还可除去可溶性硅化合物约35％，这就为其后的澄清处理提供了很好的原料和基础。

低温磷浮法得到的浮清汁，清晰透明，颜色淡于传统的石灰法清汁，纯度上升1～1.5度。

它没有传统石灰法清汁中经常存在的一层雾状的悬浊物。

很有利于降低白糖的浊度和酸性絮凝物。

1、工艺原理和特点甘蔗压榨汁中含有很多悬浮颗粒如蔗糠、蔗蜡等，还有大量的半悬浮微粒如淀粉等。

它们原来是不溶解的，但加热至高温特别是经过较长时间后，它们有一部分溶解或转变成胶体状态分散到汁液中，一些原来浅色的物质在高温下变为深色物质。

主要如下：（1）蔗汁中含有0.04%～0.06%的类脂物(因甘蔗品种和种植条件等因素而异)，其中蔗蜡和蔗脂各占约一半。

蔗脂在55℃以上熔融、蔗蜡在约80℃熔融，就分散到水中形成乳浊液；在温度降低时又复变为固体或半固体。

在糖厂的设备中经常发现这类物质，特别是在滤布的表面，蔗脂和蔗蜡的积聚明显地降低了滤布的过滤性能。

糖厂生产的原糖常含有不少类脂物，加入有机溶剂可以将它抽提出来，呈棕黄色或绿色。

将它加入到糖液中加热，则分散在糖液中，使糖液变乳浊和深色。

分析结果说明，石灰法澄清良好的清汁和所生产的原糖中的胶体物质，有30～33%是类脂物；如将它们除去，糖液的过滤速度可提高几倍。

（2）蔗汁通常含淀粉0.03～0.06％(某些地区和品种的甘蔗较多)。

它在60～80℃的热水中吸水糊化随后分散形成很粘稠的胶体溶液。

糊化后的淀粉使糖汁沉淀和过滤困难，增大糖膏粘度，降低蔗糖的结晶速度和晶体质量。

印度分析了大量的耕地白糖样本，多数的淀粉含量超过100mg/kg，最高达300mg/kg。

国内亚硫酸法糖厂的白糖，含淀粉量普遍超过50mg/kg，有些厂甚至超过100mg/kg，显著地增大了白糖的浊度。

碳酸法糖厂的白糖含淀粉只为10～30mg/kg。

这个巨大的差别是由于碳酸法在约55℃下进行过滤或沉淀，分离除去了汁中的不溶物，大部分淀粉未及糊化就被除去。

而亚硫酸法将蔗汁高温加热，难免使较多的淀粉糊化而分散溶解。

（3）蔗糠中所含的果胶和一些多糖类物质，原来也是不溶解的，但在高温下会逐渐溶解或水解而溶入糖汁中。

人们知道，压榨过程如果用高温渗透，会大大增加蔗汁的胶体含量和澄清的困难，就是这个原因。

混合汁中的蔗糠对制糖过程有不良影响，主要亦是它在高温下会溶解出有色物质和高分子有机物。

甜菜糖厂亦有类似情况，如果渗出时的温度超过80℃，果胶就大量溶入汁中，造成澄清、过滤和结晶的困难。

（4）蔗汁中的多种酚类物受热时会分裂或缩合形成更深色的物质，石灰法的清汁就带有很深的红褐色，部分就是在高温下生成的。

总的来说，高温加热使一些原来不溶或微溶的物质水解、溶胀、熔融而进一步分散到糖汁中，或变成深色的物质，使它们更难除去。

如果先在低温下除去汁中原有的各种悬浮物，蔗汁的质量和随后的处理都会得到明显的改善。

目前糖厂产品质量(特别是亚硫酸法)的一个难题，是成品糖在配制饮料时形成絮凝物(常称为酸性絮凝物)，这些絮凝物主要就是上述胶体物质，它们是在低温下凝聚而在高温下分散的。

要较完全地除去这类物质，需要在低温下澄清和分离除去其中的不溶物。

按传统的澄清方法，蔗汁要加热到略高于100℃才能得到较好的澄清效果，温度稍低时效果就变差。

在低温如50℃左右，蔗汁中的杂质大部分未凝结，以很微细的粒子状态存在，既不能沉淀，也难以过滤分离(微粒很易将滤纸或滤布的孔眼堵塞，过滤很慢，但滤液仍然浑浊)。

这是因为蛋白质在此温度下未能凝结，其他悬浊物的凝结也很差。

要实行低温澄清和取得良好效果，必须解决好这个难题。

我们通过大量的实验研究，成功开发了低温磷浮法。

它的主要特点和措施是：（1）适当使用磷酸，加入量按P2O5计为500mg/L。

根据混合汁和浮清汁的状况控制，以达到浮清汁清亮、颜色较浅为目标，实际使用时根据这个要求适当调节磷酸加入量，以确保浮清良好。

这个磷酸量大于通常的蔗汁澄清。

因为要将混合汁中大量的悬浮物和胶体物质团聚凝结成结实的粒子，浮升良好，并有较好的脱色作用，主要依靠充足的磷酸钙沉淀物。

它们进入滤泥中是很好的肥料。

（2）加入少量的锌化合物作助剂，按ZnO计为30～50mg／L。

锌离子善于和负电胶体结合，有较强的将胶体电中和及凝聚的能力。

锌还是人体必需的微量元素。

锌化合物多数不溶于水(溶解度很低)，要先将它变成溶解状态才能发挥作用(但不可带入氯等有害酸根)。

加入的锌化合物在加灰后绝大部分成为沉淀物，与磷酸钙等一起进入浮渣中，从滤泥排走。

它也是动植物普遍需要的有益成分。

（3）应用了新的充气和气泡控制方法。

用新法制造的气泡非常微细(直径10～30µ)而均匀，与蔗汁中的絮凝物有较强的附着力，且被絮凝物稳固地包藏在其内部，形成低比重的颗粒，使后者快速地向上浮升。

这些气泡很稳定、不易脱离，保证了浮升过程的稳定，和形成结实、浓稠而稳定性高的浮渣。

蔗汁中存在的粗泡在进入浮清器前先分离出来，防止了它们对浮升过程的扰动，和对浮渣输送与处理的不良影响。

分离出来的粗泡与部分蔗汁一起用高速制泡机粉碎，形成很幼细而活性强的泡沫，再与蔗汁混合。

当磷酸与石灰反应形成磷酸钙沉淀、及加絮凝剂产生二次絮凝时，就将这些微细气泡包藏在絮凝物内部。

因此，蔗汁在进入浮清器时，外观可见的气泡并不多，但絮凝物浮升得很快，就因为大量微细的气泡已被包藏在絮凝物之内，而不是附着在表面上。

用显微镜可以清楚看到这种情况。

概括来说，这种新方法是将混合汁先预灰至中性和加热到约50℃，加入磷酸和少量的其他澄清剂、杀菌剂，以及由新设计的制泡系统制备的幼细、均匀并有良好活性的气泡，再次加灰至中性，加入高效絮凝剂，适当搅拌以促进絮凝。

此时蔗汁中的大量杂质，包括蔗糠、蔗蜡、蔗脂、淀粉和部分色素、胶体等，与磷酸钙和絮凝剂一起凝聚成为稳固的、内部含有大量微细气泡的颗粒。

然后进入新型的平流式快速浮清器，上述杂质迅速浮上液面，逐渐浓缩成为浓稠深色的浮渣，用连续的机械拨桨刮出。

底部得到基本清亮、质量良好的清汁。

2、生产流程和主要设备生产上应用的基本流程如下：混合汁(预加灰pH 7.6)↓泵↓预热(45～55℃)↓磷酸及澄清剂→反应器←――制泡机←――――――┐↓│石灰乳―――→反应器(pH7.2～7.6)│↓│粗泡分离器―→粗泡与汁―→泵――┘絮凝剂―――→↓混和器↓浮清器―――浮渣―→泵―――――→过滤机――→滤泥↓↓浮清汁―滤清汁←――――――――――――本流程和所用设备有如下的主要特点：1、全部设备都是根据新工艺的要求专门设计的新式设备，效率高、体积小。

因此，处理过程的时间很短，蔗汁通过全流程的时间只约12分钟。

2、关键性的浮清器，是最新式的平流式浅层快速浮清器，蔗汁在其中经过的时间只约10分钟，比传统的糖液气浮分离所用的浮清器所需时间缩短一半以上。

3、粗泡分离器能自动将蔗汁中的较粗的气泡(直径>0.1mm)分离出来，防止了粗泡对浮升过程的扰动，并使浮渣紧密结实而易于流动和输送。

4、制泡机内部装有30件具有锋利刀刃的切削刀，高速运转，将粗泡及蔗汁破碎成为含大量很微细气泡的混合物。

气泡数量易控制。

5、蔗汁在全系统内是自行流动的，中间无需调节，各项设备的操作管理都很方便。

各种药剂的加入用计量泵和仪表控制，可直接观察和调节它们的加入量。

岗位人员只需巡回检查，需要时进行调节，无需固定在设备旁边操作。

一个日榨5000吨甘蔗的糖厂，需用的主要设备如下：1、反应器，2 台，15 m3；2、制泡机，2 台，11kW 2930 r/min；3、粗泡分离器，15 m3；4、浮清器，3 台，长方形，宽3.8m，长5.6 m，深0.55m；5、絮凝剂溶解器，1套。

3、在碳酸法糖厂的应用碳酸法糖厂应用低温磷浮法能够彻底解决它的滤泥严重污染环境的问题，并大幅度减少加灰量和滤泥生成量。

在广西南宁糖纸厂和贵糖集团制糖厂的使用情况都证明了这一点。

碳酸法清净效率高、产品质量好，但它的加灰量很大(对甘蔗比2%或以上)，生成大量强碱性的滤泥(对甘蔗比9％～10%)。

这种滤泥是无法利用的：它与土壤混合会使土壤严重碱化，对土质十分有害，故不能作肥料(只有极少数强酸性的土壤例外)；它又含有不少的有机物特别是含氮物，堆存时会分解放出臭气，难以处理；它在高温下分解放出恶臭的气体，故又不能用于烧制水泥。

国内多个糖厂曾试验将它掺合在水泥原料中灼烧，所得的水泥质量没有问题，但造成严重的空气污染，不能实行。

这大量的工业垃圾，被丢弃在山沟(或大海)中，造成严重的环境污染。

随着社会对环境保护的要求越来越高，碳酸法的滤泥污染问题更加突出。

国内已有多个碳酸法甘蔗糖厂，因为这个问题而被迫改用亚硫酸法，放弃了得来不易的白糖质量好的优势。

将低温磷浮法和碳酸法相结合，生成的两种滤泥，都是可以再利用的二次资源。

蔗汁先用低温磷浮法除去大量的有机非糖分，形成的滤泥(以干固物计)含有机物77％～79％，五氧化二磷5.1%～6.9%，氮1.5%～2.4％(折算为粗蛋白质约10%)，含钾0.4%～0.6%(由专业机构分析的结果)，是很好的有机肥料。

浮清汁再进行碳酸饱充，此时生成的沉淀物和滤泥的主要成分是碳酸钙(超过80％)，以及硅、镁、铝、铁等的氢氧化物或它们的复合物，有机物很少，灼烧时不产生臭味，完全可用作制造水泥的原料，或其他工业的填充料，不再是废弃物。

一个年榨50万吨甘蔗的碳酸法糖厂，每年可得到有机肥料近万吨和水泥原料约２万吨。