糖用高效石灰澄清剂及制作方法及在糖液澄清中的运用

技术领域：

本发明涉及一种制糖技术，即：一种糖液澄清剂及其制作方法，以及该糖液澄清剂在糖液澄清过程中的运用。

背景技术：

现在，糖厂糖液澄清的方法主要是采用亚硫酸法或碳酸法两种，它们的澄清机理就是向糖液中加入石灰乳，然后通入SO₂或CO₂气体，因此，生石灰是糖厂最普遍使用的澄清剂，它在糖汁中产生多种重要的化学反应。澄清工序中，石灰是通过石灰乳的方式加入蔗汁，和SO₂、磷酸形成亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀从而将糖汁中的胶体、色素吸附而除去。因此，石灰乳的质量直接影响到亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀对胶体色素的吸附能力和蔗汁中Ca²⁺的残留量，最终影响到产品的质量和设备管道的积垢情况。提高石灰乳的质量是提高糖厂产品质量、降低生产成本的关键因素之一。而目前糖厂在糖液澄清过程中作为糖液澄清剂的石灰均为普通块状生石灰，因而，存在以下问题：

1、因石灰乳化不完全，有效CaO含量低，灰粒多，滞后反应严重，造成如下危害：

(1)后续工序蔗汁pH升高和波动，影响糖汁质量；

(2)容易加灰过量而形成蔗糖二钙、蔗糖三钙，导致不能形成紧密的钙盐沉淀而使澄清过程恶化；

(3)Ca(OH)₂浓度低，使得沉淀反应速度慢，并且增加蒸发汽耗；

(4)糖汁残留钙盐含量高，导致产品灰分高、设备管道积垢严重；

(5)糖汁中无机物的含量高，从而使造蜜率升高，糖分收回率降低；

(6)石灰与SO₂反应不完全，造成硫熏强度低，SO₂得不到充分利用，硫磺用量大。

2、石灰消和不彻底，还会造成石灰利用率低，增加生产成本；而石灰乳中杂质的存在，导致所形成Ca₃(PO₄)₂、CaSO₃溶解度升高，使糖汁中残留Ca²⁺增加。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：现有普通石灰澄清剂存在的因石灰乳化不完全，有效CaO含量低，灰粒多，滞后反应严重造成的上述危害，以及石灰消和不彻底，造成石灰利用率低，糖液质量差的问题，提供一种CaO有效含量高，沉淀反应速度快，石灰消和彻底，石灰利用率高，能有效提高澄清效果，改善糖汁质量的糖用高效石灰澄清剂及制作方法及其在糖液澄清中的运用方法。

解决其上述技术问题的技术方案是：

一种糖用高效石灰澄清剂，其特征在于：该高效活性石灰澄清剂是一种粉末状的石灰复合物，其复合物中各组分含量以重量百分比计算为：

有效CaO≥85％    MgO≤4.5％      SiO₂≤2.0％

Fe₂O₃≤0.3％    Al₂O₃≤0.5％   CaSO₄≤1.0％

蔗糖1×10^-3％     NaCl≤1×10^-3％

理化指标如下：

活性度250～300mL

粒度≤125μm

作为本发明的相关技术方案是：上述糖用高效石灰澄清剂的制作方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

a、备料：按比例称取下述组份原料备用，各组份含量以重量份数计算为：

石灰石-CaCO₃          100重量份

工业用盐-NaCl           0.025～0.1重量份

普通工业用煤            8～12重量份

b、煅烧：

将上述各组份原料放入放入石灰窑中，在900℃～1250℃下煅烧2～6小时；

c、粉碎：将煅烧后的生石灰放入磨机中粉碎使其粒度小于125μm；

d、分级：将粉碎后的生石灰通过分级机分级，其粒度小于125μm的即为本发明之糖用高效石灰澄清剂。

作为本发明的又一相关技术方案是：上述糖用高效石灰澄清剂在糖液澄清中的应用方法，包括制作石灰乳、添加石灰乳、中和工序，其特征在于：所述制作石灰乳包含以下步骤：

A、第一步消和：

将糖用高效石灰澄清剂放入第1个消和桶中，按糖用高效石灰澄清剂∶水＝100重量份∶90～120重量份的比例加入55℃～70℃热水，搅拌均匀；

B、第二步消和：

取出第1个消和桶出来的石灰乳，放入第2个消和桶中，并加入一定量20℃～40℃的冷水，搅拌，将石灰乳稀释至8～20Be；

所述的添加石灰乳是将在第2个消和桶搅拌得到的石灰乳用泵送到流熏中和工序，添加到糖液中；

所述的中和工序：与传统方法一致。

由于本发明之糖用高效石灰澄清剂及制作方法及其在糖液澄清中的运用是将石灰的生产、使用等环节作为一个系统工程，对石灰石的选取、煅烧过程工艺条件的控制、高效添加剂的使用、糖厂生产过程对石灰的要求以及使用过程操作的方便性、均衡性等方面进行全面考虑，因而，本发明之糖用高效石灰澄清剂及制作方法及其运用有以下有益效果：

一、既能提高澄清效果、改善糖汁质量，又能降低生产成本。

1、石灰消和彻底，提高了石灰的利用率，减少石灰的用量，降低成本：

由于本发明糖用高效石灰澄清剂颗粒小，气孔率大，比表面积大，和水接触的面积大，因而与水的反应速度快，减少或避免了未消和石灰颗粒的残留，提高了石灰的利用率，从而减少了石灰的用量，降低了生产成本。

2、沉淀反应速度快，滞后反应大大减少，从而减少蒸发汽耗，既能提高澄清效果，又能降低生产成本。

本发明之糖用高效石灰澄清剂颗粒小，气孔率大，具有大的比表面，因而在水中能够快速地溶解，保持较高的Ca(OH)₂浓度，并且石灰乳新鲜，使得：①沉淀反应速度快，沉降效果好，并减轻滞后反应；②SO₂吸收率高，硫磺利用率高；③硫熏中和后清汁的浓度不致于过低，减轻蒸发工序的负担，从而减少蒸发汽耗。

3、提高澄清效果，改善糖汁质量。

由于本发明之糖用高效石灰澄清剂能够快速的消和、反应，因而易于掌握和控制最佳的加灰量，避免由于加灰过量而形成蔗糖二钙、蔗糖三钙，导致不能形成紧密的CaSO₃、Ca₃(PO₄)₂或CaCO₃沉淀而使澄清过程恶化。

另一方面，本发明糖用高效石灰澄清剂的使用，不存在因乳化不好而残留的石灰颗粒，避免滞后消化使蔗汁pH值升高或波动，使糖汁快速达到并保持稳定的pH，同时避免残留石灰颗粒的滞后消化放出的热量严重影响蔗汁的沉降，保证糖汁的质量和清汁沉降的稳定，减少清汁的含钙量和还原糖的分解。

又因本发明糖用高效石灰澄清剂的杂质少，活性高，反应速度快，得到的沉淀颗粒均匀、结实，吸附能力强，沉淀物沉降速度快，因而糖汁清澈透明，质量好，且沉降池压力小，操作稳定。

4、加灰易于控制，生产均衡

糖液澄清过程中，中和pH控制很重要，人工控制的波动较大。因本发明糖用高效石灰澄清剂为粉末状，易于实现加灰过程的自动控制，使得加灰过程稳定，pH波动小、能提高煮炼收回率，减少废蜜产率；同时可节约操作成本。

制糖生产特别是澄清工段要加快物料处理，尽量缩短物料停留时间，减少生产过程中的转化损失和不良变化。本发明之糖用高效石灰澄清剂由于反应活性高，石灰乳与SO₂能快速反应，得到的沉淀颗粒沉降速度快，缩短了沉降器内物料的停留时间，因而可避免蔗汁转化损失和不良变化，从而提高煮炼收回率；同时，由于滞后反应的减少，沉淀完全，降低了糖汁中无机物的含量，从而降低造蜜系数，提高了回收率。

二、本发明之糖用高效石灰澄清剂的使用能改善工人工作环境、保护生态环境，具有较好的社会效益。

1、改善工人工作环境：传统将普通石灰用作澄清剂是块状生石灰，需人工加入消和器，工作环境恶劣，劳动强度大，更严重的是石灰具有腐蚀性，容易对人的呼吸系统和皮肤造成伤害。而本发明之糖用高效石灰澄清剂由于是粉末状生石灰，可以采用密闭的贮罐装载并自动添加，工人无需直接与石灰接触，避免石灰对人的伤害，避免职业病的发生。

2、保护生态环境

传统的普通生石灰在水中不能完全消解，一部分生石灰没有被制成石灰乳并和石灰渣一起排出，不仅使生石灰利用率低，浪费严重，运行成本上升，而且会造成石灰渣堆场发生大面积的膨胀效应，影响石灰渣的清运，造成对环境的污染。本发明糖用高效石灰澄清剂由于纯度高，消和彻底，石灰灰渣极少，即使有少量的石灰渣，由于里面没有未消解的生石灰，因此也不存在滞后反应而造成膨胀，不仅提高了资源利用率，避免或极大地减少了石灰渣的清运，同时有利于生态环境的保护。

三、使用方法简便，加灰易于控制，生产均衡。

糖液澄清过程中，中和pH控制很重要，人工控制的波动较大。因本发明糖用高效石灰澄清剂为粉末状生石灰，易于实现加灰过程的自动控制，使得加灰过程稳定，pH波动小；同时可节约操作成本。

四、本发明糖用高效石灰澄清剂的制作方法的有益效果是：简单易行、不易产生生烧和过烧现象，制作出的生石灰活性高、CaO有效含量高。

本发明糖用高效石灰澄清剂的制作方法的机理在于：NaCl的添加使用，引起了烧成的石灰性质的变化，具体原因在于：在石灰石煅烧过程中添加了石灰石重量0.25‰～0.1‰的NaCl到石灰石中，在煅烧时NaCl遇到高温炸碎熔融而挥发，形成一种蒸汽，其蒸汽对CaCO₃和MgCO₃的加热分解起到气浴和加热介质的作用，同时对窑内温度起到搅拌均衡作用，因此，石灰的生烧和过烧减少了；

当煅烧带温度达到1100～1300℃时，NaCl蒸汽对CaCO₃和MgCO₃的分解和结晶发育起到强烈的催化作用，因此分解产生物CO₂易于逸出，从而加快了CaCO₃和MgCO₃的分解反应速度。这种结晶结合体为晶体大小相同的多面体，气孔率较高，比表面积大，从而增加了石灰的反应面积，提高了生石灰的活性度。NaCl的添加使用，引起烧成的石灰性质的变化具体表现在以下几个方面。

(1)石灰物性变化

采用图像分析仪，对比分析在1100℃锻烧的石灰的物性。加NaCl锻烧的石灰，气孔平均长6.20μm、宽2.60μm，而且气孔数量多，多数互通。未加NaCl锻烧的石灰，气孔平均长3.20μm、宽1.16μm，而且气孔数量极少。前者物性改善的原因，是因为锻烧石灰温度远超过NaCl的熔点，故被蒸发的NaCl由于比重大于CO₂，而沉积笼罩在石灰石或石灰表面，甚至沿着CaCO₃分解释放CO₂通道而扩散渗入到CaO晶体中的缘故，一旦进入CaO晶体中的NaCl蒸汽，在其位置上做远程无序的热运动，不但阻碍CaO再结晶发生的体积收缩，甚至加剧晶粒无序排列，晶粒间距被振动而拉长、拉宽，形成开通的多孔结晶体。

(2)CaO结晶体变化

粗大晶粒石灰石在低的燃烧温度时(如950℃)，就能够得到活性较高的石灰。在较高的锻烧温度时(如1100℃)，就得不到活性高的石灰。其原因是该石灰在950℃时就分解释放出CO₂，至1100℃连续升温过程，CaO再结晶发生体积收缩，形成了光滑类似球状或块状晶粒，相互搭桥乃至合并长大。晶粒间距缩小，镶嵌而致密，气孔率下降，体积收缩等引起石灰活性下降。加NaCl锻烧的石灰，恰恰与上述相反，在CaCO₃旧相逐渐变成CaO新相过程中，NaCl蒸气浴充填在CaO新相中、微细裂缝以及晶粒之间，使晶格变形产生较大的缺陷、阻碍其合并长大或晶体收缩。由于CaO和NaCl晶体中核间距不一样，而且NaCl在CaO晶体中分布又不均匀，在结晶过程中，二者收缩不一样以及NaCl的热运动的作用，形成内应力，导致石灰内部裂纹、孔洞产生。加NaCl的CaO再结晶，以均匀细小长条状、之间充满着气孔的晶粒堆积形成疏松晶体结构，如此变化的CaO结晶体，导致石灰活性的提高。

(3)石灰活性随锻烧温度的升高而提高

随着燃烧温度的升高，未加NaCl燃烧的石灰活性下降。与此相反，加NaCl煅烧的石灰活性提高。其原因是随着煅烧温度的升高，被蒸发的NaCl化合物蒸气分压增大，扩散渗入CaO晶体中的NaCl化合物含量也就越多，引起石灰活性提高的程度也就越大。不仅如此，随着燃烧温度升高，石灰石分解速度加快，有利提高石灰产量。

本发明中，经过发明人多次实验，在本发明的糖用高效石灰澄清剂的制作方法的煅烧过程中，添加的NaCl重量仅为石灰石重量0.25‰～0.1‰，起到了既不易产生生烧和过烧现象，达到使制作出的生石灰活性高、CaO有效含量高，又能降低生产成本的好效果；特别是在粉碎过程中添加了NaCl与蔗糖的混合物为添加剂，使石灰的消和速度大大提高，溶解度也明显提高，进一步提高了糖用高效石灰澄清剂的质量。

下面，结合实施例对本发明之糖用高效石灰澄清剂及制作方法及在糖液澄清中的运用的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：本发明实施例三糖用高效石灰澄清剂在糖液澄清过程中的应用方法中储运、装卸、制作石灰乳及加料工序流程示意图。

图中：1-储运罐车、2-风送机、3-高效石灰储罐、

4-变频螺旋输送机、5-消和桶1、6-消和桶2、

7-泵、8-旋流分离器。