混床在淀粉糖精制中的应用

[摘要]本文主要介绍了混床在淀粉糖中的应用试验和应用实例，糖液经阳阴离交柱后，糖液中还含有少量阳阴离子和二氧化硅，通过混床对糖液进行除硅、脱盐和脱色，提高淀粉糖液质量。实际使用表明，混床树脂对淀粉糖液具有很好的除硅性能、脱盐效果，且物化性能稳定。

[关键词]混床树脂；淀粉糖；除硅；脱盐

1 前言

淀粉糖是以谷物、薯类等农产品为原料生产的糖品，其中最主要的原料是玉米和大米。淀粉糖作为新型甜味剂正在越来越广泛的应用在食品工业中，增长速度非常快，行业景气度上升很快。随着淀粉糖应用行业对淀粉糖质量要求的日趋严格，这就促使淀粉糖精制技术不断改进和完善，达到较高水平。

高端淀粉糖应用厂家要求二氧化硅含量小于20PPM、电导率小于2μs/cm。为此，必须采用混床，利用混床对淀粉糖进行产品精制是一种很好的方法，进一步除硅、脱盐和脱色，提高产品质量。
  混床是将阴阳树脂按一定比例装置填在同一交换器中，运行前将它混合均匀。淀粉糖液在通过混床后，所产生的氢离子和氢氧根离子立即生成溶解度很低的水，很少形成阳离子或阴离子交换时的反离子，使交换反应进行彻底，混床出糖液质量好。混床必须串联在阳阴床后面，用于淀粉糖液的精制。

2 试验部分

2.1仪器和试剂

2.1.1试验仪器： 50mL磨口比色管，755B紫外可见分光光度计，REF 103型折光仪，pHS-25pH计，DDS-11A电导率仪。

2.1.2 试验试剂：30%工业盐酸，30%工业氢氧化钠，去离子水。

2.1.3 试验进料：山东诸城东晓生物科技有限公司二级离交阴柱麦芽糖出料，pH3.88、电导率16.0μs/cm、色度为10、透光率99%，二氧化硅含量88.5ppm。

2.1.4 试验树脂：争光混床树脂D001MB和D201MB。

2.1.5 试验吸附柱：直径为2.0cm，长为30cm玻璃吸附柱。

2.2实验过程

新树脂先用去离子水浸泡24小时，让树脂充分溶胀，再用去离子水洗至浸泡水澄清无杂质。对阳阴树脂进行预处理，阳阴树脂用4%盐酸溶液和4%氢氧化钠溶液交替处理2次，每次用2倍树脂体积的用量浸泡8小时并用去离子洗至中性。最后，阳树脂用4倍树脂体积4%的盐酸溶液处理树脂，用去离子水洗到pH值为5，备用。阴树脂用4倍树脂体积4%的氢氧化钠溶液处理树脂，用去离子水洗到pH值为8，备用。

将再生好的阳树脂和阴树脂以体积比为1∶2进行混合，取80ml混合好的树脂装填在交换柱中，在室温条件下，将料液从上向下通过树脂层，运行流量为2.5BV/h，每5BV取交换柱流出液检测pH、电导率、色度、透光率、二氧化硅。运行时，当交换柱流出液中有二氧化硅大于20ppm时，停止运行。

2.3实验结果

混床运行出糖液pH、电导率、色度、透光率、二氧化硅数据见表1。

表1  混床运行出糖液pH、电导率、色度、透光率、二氧化硅数据

2.4数据分析

从小试混床运行的试验数据来看，混床对淀粉糖有很好的除硅脱色脱盐效果。混床树脂对淀粉糖液进行处理，混床流出糖液质量相对进料得到进一步提高，特别是流出糖液二氧化硅含量可小于20ppm。在整个运行过程中，流出糖液pH值下降缓慢，流出液电导率也很低，维持1μs/cm左右，周期处理糖液量在40BV以上。

大孔混床树脂由于其特定的大孔结构，树脂抗污染能力强，具有很好的动力学性能、耐温性、稳定性和机械强度，非常适合实际生产。

3 应用实例

_{鲁州生物有限公司作为淀粉糖行业领头公司，采用混床对淀粉糖进行精制。混床，是将阴阳树脂按一定比例装在同一个交换器中，经阳阴床处理后的淀粉糖液再进入混床，除去少量残存阳、阴离子和SiO2，经混床处理制得品质更高的淀粉糖液。该公司经过对比筛选，最终选用国内离子交换树脂行业具有先进制造技术和应用技术的龙头企业----浙江争光实业股份有限公司混床树脂对淀粉糖脱盐脱色精制。}

3.1 实际情况

^{混床交换器直径1400mm，阳树脂装填高度700mm，阴树脂装填高度1400mm，阳阴树脂总装填量3.2m3，淀粉糖液阳阴柱出料pH4.56、电导率16.23μs/cm、色度为5、透光率999%、二氧化硅86.5ppm。运行流速2.0BV／h，温度50～55℃下吸附，经混床树脂处理的麦芽糖液质量得到很大的提升。混床运行失效后，阳树脂采用酸液再生，阴树脂采用碱液再生，再生流速1～2BV／h，50℃条件下再生，再生效果好，具有很大的经济效益。}

大孔吸附树脂实际应用流出液pH、电导率、色度、透光率、二氧化硅数据见表2。

表2  实际应用中运行流出液pH、电导率、色度、透光率、二氧化硅数据

3.2 混床树脂使用说明

3.2.1 混床树脂中阴树脂说明

鲁州生物使用的混床为Ⅰ型强碱阴树脂D201MB。与Ⅱ型强碱阴树脂D202MB对比，D201MB优点是耐温性能好，活性基团不易降解，交换容量下降慢；D201MB树脂缺点是再生洗脱率要差些，交换容量要低些。而D202MB缺点是耐温性能差些，活性基团易降解，高温下使用交换容量下降快；D202MB树脂优点是再生洗脱率高，抗污染能力强，交换容量大。一般进混床糖液温度在50～55℃， 就只能采用D201MB， 如果使用厂家能将糖液温度控制在40℃以下，采用D202MB树脂更好，处理容量和处理效果可得到很大的提高。

3.2.2 混床树脂进料说明

同弱碱阴树脂D354FD相比，强碱性阴树脂的工作交换容量较低。在混床运行中，对出糖液质量要求更严格，在实际使用中D201MB发挥的工作交换容量也就更低。在糖液中，不光只有二氧化硅分子，还有氯离子、硫酸根离子、二氧化碳、糖液中的色素，这些都需要强碱性阴树脂交换处理，使得整个混床负荷加重。弱碱树脂几乎不能去除二氧化硅和二氧化碳，只能去除氯离子、硫酸根离子、糖液中的色素等，所以要提高阳阴柱的离交效果，使得进入混床的糖液电导率低，色度低，这有助于提高混床树脂的除硅效果。

3.2.3 混床使用注意问题及产生的影响

混床树脂在使用时，要保证树脂分层效果、树脂清洗干净、树脂混合效果。

3.2.3.1 阴、阳树脂分层的好坏是混床操作的关键。一般都采用水力筛分的方法，即借助反洗水将树脂悬浮起来，当其达到一定膨胀高度后，停止反洗，使树脂尽快地沉降下来。这一操作应先是小流速使树脂分层松动后，再逐渐加大至流速为10～15m/h。为了加快树脂的沉降速度，可在树脂充分展开后，停止反洗，由于阳树脂密度大，急沉于下面，而阴树脂则在上面。分层一次不明显时，可第二次获多次分层。在难以分层的情况下，可向树脂中打入少量的碱，以加快反洗分层的速度。混床分层效果不好，树脂交叉污染严重，导致运行出料电导率高、二氧化硅含量高、pH高、周期处理量少。

树脂的高度应能使阳阴树脂分层后，其分层面位于中间排水管的中部。一些资料介绍，碱对阳树脂的污染较大，会导致出糖液pH偏高，为了避免碱对阳树脂的污染，把阳树脂装在中排下约3CM处。这样再生的废液从中排管流出时，可减少碱液对阳树脂的污染。
3.2.3.2 为了防止互串，淋洗水要适当，不宜过大或过小。淋洗水量可通过调整中间排水门的开度来确定。整个再生过程中要经常检查淋洗水的通流情况，不能中断。混床树脂未清洗干净，同样会导致运行出料电导率高、二氧化硅含量高、周期处理量少。

3.2.3.3 若阳、阴树脂混合不均匀，会引起沉积在混床下部的阳树脂缓慢地释放出残余的再生液，使混床投入初期有酸性水泄漏，导致运行出料电导率高、二氧化硅含量高、pH低、周期处理量少。而且 ,混合不均的混床树脂即意味着上部有一部分强碱阴树脂单独存在,糖液经过这部分树脂时会局部产生高PH值, 在处理葡萄糖或果葡糖时,糖液组份会因此改变。因而，阳、阴树脂混合均匀十分重要。

3.2.4 混床使用的建议

3.2.4.1 建议阴树脂采用40℃氢氧化钠溶液再生和清洗，这样有利于将再生时产生的硅酸钠清洗出去，防止在树脂上沉积而影响树脂的交换能力和处理效果。

3.2.4.2 加强对污染树脂的复苏工作，由于淀粉糖行业的特殊性，对使用的混床树脂需每半年用2倍树脂体积约40℃的8%NaCl+2%NaOH混合液进行“复苏”。

3.2.4.3 再生混床树脂时配置酸碱所用的纯水，及置换淋洗所用的纯水，须检测其中的硅含量，最好是20微克/升以下，保证树脂的再生效果。

3.2.4.4 混床最好双柱串联运行，这样可提高单个混床的周期处理量。比如一条混床线四个柱，两柱串联，一柱备用，另一柱再生；循环切换。如果单柱撤出的时间不到7小时，则可能一条混床线设五个柱，两柱串联运行，一柱备用，两柱再生；循环切换。

4 结论

综合混床对麦芽糖液处理试验以及在现场使用一年后性能的变化，以及淀粉糖液的通用性，可以得出以下结论：

4.1 采用混床对淀粉糖有很好的除硅脱盐脱色效果。淀粉糖液经混床树脂处理后，产品质量有很大的提高，经济效益好。

4.2 混床大孔离子交换树脂有较高的耐氧化、耐酸碱、耐有机溶剂的性能，机械强度较好，在正常情况下，树脂年损耗率小于10％。

4.3 此法工艺简单，不需要特殊设备，技术容易掌握，可实现自动化。装置运转过程中热能、电能消耗较低。使用混床对淀粉糖液进行除硅脱盐脱色，具有很好的经济效益和社会效益。