CN1875118A

CN1875118A - 减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法

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Publication number: CN1875118A
Application number: CNA2004800324058A
Authority: CN
Inventors: 埃里克·德纳斯; 冈特·梅克尔; 托马斯·米歇尔贝格尔; 穆赫辛·艾达里·拉德; 马克·威廉斯
Original assignee: Suedzucker AG
Current assignee: Suedzucker AG
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: US20110214669A1; US7955635B2; DK1682683T3; EP1682683B1; RU2006118706A; ES2297505T3; US8893612B2; US20080017187A1; MA28150A1; CN100494406C; WO2005042787A1; DE502004005863D1; DE10350672A1; DE10350672B4; ATE382715T1; PL1682683T3; RU2380425C2; EP1682683A1; UA88776C2

Abstract

本发明涉及一种改进的甜菜汁提纯方法，特别涉及一种用于减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法、由甜菜汁制备富含营养的非蔗糖浓缩物的方法、得到的非蔗糖浓缩物、非蔗糖浓缩物的用途以及甜菜汁预加石灰和/或获得非蔗糖浓缩物的装置。

Description

减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法

技术领域

本发明涉及一种改进的甜菜汁提纯方法，特别是一种用于减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法、由甜菜汁制备富含营养的非蔗糖浓缩物的方法、得到的非蔗糖浓缩物、非蔗糖浓缩物的用途以及甜菜汁预加石灰和/或获得非蔗糖浓缩物的装置。

背景技术

通常，从甜菜提取糖的方法是先清洗收获的甜菜，除去黏附于其上的泥土和残余的叶子。清洗完毕后，用切割机将其切成铅笔厚的碎片。从碎片中提取糖分是用pH 5.5-5.8的热弱酸性水通过对流法进行提取。浓缩液的弱酸化处理便于甜菜汁的过滤以及残渣的排出。紧接着对提取的甜菜汁进行提纯。典型地，提取物的纯化通常采用酸液法即称为石碳酸法进行，其过程为预加石灰、主加石灰、第一次碳酸饱和、第二次碳酸饱和、以及分别在两次碳酸饱和后分离沉淀物。提纯的目的在于最大限度地去除甜菜汁内的非蔗糖物质，特别是高分子物质。在此过程中，应尽可能避免待去除的非蔗糖物质发生分解，以确保在提取液或甜菜汁中没有增加的低分子物质。

在预加石灰的过程中，在温和条件下，甜菜汁中逐步加入石灰乳进行碱化。这样预加灰反应器中的甜菜汁pH值随之逐步上升到约11.5。在添加一定量的氢氧化钙(石灰乳)后，预加石灰过程结束，此时甜菜汁的碱度达到约0.1-0.3g CaO/100ml。甜菜汁的碱化过程中和了提取液中的有机和无机酸，使阴离子析出，与钙离子形成不溶或难溶的盐，如磷酸盐、草酸盐、柠檬酸盐和硫酸盐被最大限度地沉淀分离出来。除此之外，胶体状溶解的非蔗糖物质凝结并析出。单个成分例如磷酸盐、草酸盐、柠檬酸盐和硫酸盐等某些阴离子或者果胶、蛋白质等胶体只有在一定的pH值范围内才能析出。在这一pH值范围内，同时会产生沉降物的堆积。作为预加石灰时加入石灰乳的结果，也会使蛋白质凝结。

紧接着的主加石灰过程的目的在于化学分解转化糖和酸胺，如果在甜菜汁浓缩时进行，则会产生酸。在主加石灰过程中，温度上升到约85℃，并且在添加石灰乳的过程中甜菜汁的碱度明显提高，特别是要达到约0.8-1.1g CaO每100ml甜菜汁。在传统工艺中，主加石灰就是在如此剧烈的条件下进行的。在主加石灰过程中过量的石灰将在随后的两次碳酸饱和中起到重要作用。在两次碳酸饱和过程中，向甜菜汁中通入二氧化碳作为碳酸化气体，在二氧化碳作用下主加石灰过程中过量的石灰转化成碳酸钙，成为可溶性非蔗糖物质的强力吸附剂，也作为合适的助滤剂。碳酸饱和分为两步。在第一步碳酸饱和中，通入二氧化碳，直到甜菜汁的pH值达到约11.2-10.6之间，其相应的碱度达到0.10-0.06g CaO每100ml滤液。在第一道碳酸饱和过程中，已析出、凝结的非蔗糖物质和一部分甜菜汁中的色素被吸附到形成的碳酸钙上。在第一道碳酸饱和的过程中得到的第一道浆液被导入浓缩过滤器(烛形过滤器)或者倾析器，浓缩成浓缩浆液。这样就将析出、凝结后吸附在碳酸钙上的非蔗糖物质从甜菜汁内分离出去。通常，在第一道碳酸饱和过程后还要进行追加石灰，向甜菜汁中注入石灰乳混合，然后在第二道碳酸饱和过程中进一步碳酸化生长碳酸钙。在第二道碳酸饱和过程中也同样通入碳酸化气体，将甜菜汁的碱度调节到最佳值，即0.025-0.010g CaO每100ml滤液，其相应的pH值为9.0-9.30。在第二道碳酸饱和过程中，得到的第二道浆液也同样被导入浓缩过滤器过滤、浓缩。在两道碳酸饱和后，通过浓缩过滤器浓缩产生的碳酸化浆液(浓缩浆液)通常合并起来，通过薄膜压滤器压出。同时产生所谓的碳石灰。碳石灰是可以长期储存的产品，其干物质含量大于70％，可作为肥料使用。通常，一部分浓缩浆液可循环用于预加石灰。

在提纯过程中被提纯的甜菜汁，指的是稀薄汁液，其含糖量约15-17％，随后将其浓缩至含糖量约65-70％的浓汁，然后送入结晶器结晶，直至形成含糖量约为85％粘稠物质，即所谓的结晶沉淀物。通过离心分离后，最终获得白糖。

这种传统石灰碳酸法的一个很大缺点在于其纯化效果较差，最多从甜菜汁中去除40％的非蔗糖物质。另一个缺点则是，此方法需使用大量的石灰，石灰的消耗量可相当于其加工甜菜总重量的2.5％。石灰碳酸法中使用的石灰生产费用以及生石灰生产过程中产生的废料清理费用也较昂贵。而且石灰炉和甜菜汁纯化装置的二氧化碳排放量也很高。此外，石灰碳酸法中由石灰和杂质所产生的副产品——碳石灰，只能作为肥料使用。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种改进的甜菜汁提纯方法，特别是减少提纯过程中石灰消耗量的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改进的甜菜汁提纯方法，该方法包括如下连续操作步骤：

a)对甜菜汁进行预加石灰处理，即在甜菜汁内添加石灰乳直至浓度达约0.1-0.3g CaO每100ml汁液，使得汁液中的非蔗糖物质析出和/或凝结为凝结物，

b)加入至少一种分子量约为5百万-22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物作为聚阴离子絮凝剂，直至其浓度达到1-8ppm，

c)使用至少-台固液分离装置将凝结物从预加石灰浆液中分离出去，获得澄清的滤液，

d)对分离凝结物后得到的澄清滤液进行主加石灰处理，即在滤液中添加石灰乳直至浓度达约0.6g CaO每100ml汁液，和

e)向经主加石灰处理后的汁液中通入二氧化碳，进行第-次碳酸饱和，随后选择性的进行第二次碳酸饱和。

在本发明一个特定的实施方式中，步骤a)和b)也可同时进行。

根据本发明的方法，其预加石灰处理的操作方法基本上与至今普遍使用的各种方法大体一致。不同的是，本发明在预加石灰处理过程中析出或者凝结的非蔗糖物质在完成预加石灰后就已经被分离，而不是按通常的方法，在第一和第二次碳酸饱和之后才分离。根据本发明，除了石灰乳和提到的各种聚阴离子絮凝剂，不再使用其它的絮凝剂或者凝结剂，其中所述絮凝剂不是凝结剂而是絮凝剂。

由于在预加石灰处理后，非蔗糖物质析出并絮凝出来，通过分离，甜菜汁变得明显澄清许多，由此形成的众多优点有利于甜菜汁的进一步处理。特别是在预加石灰后的主加石灰过程中，相较于传统的石灰碳酸提纯法，提纯后的汁液所需添加的石灰乳大大减少。根据传统方法，汁液的碱度在主加石灰时必须提高到约0.8-1.1gCaO每100ml汁液，然而本发明的方法中，碱度只需提高到约0.6gCaO每100ml汁液。而且，不同于传统方法，本发明的每次预加石灰处理中无需反复使用在饱和阶段产生的碳酸化浓缩浆液。而且，传统方法中甜菜汁在第一次碳酸饱和后必须追加石灰的做法，在本发明中也不再需要。本发明的甜菜汁提纯方法的显著优点在于大大减小了石灰的消耗量。因此，本发明的方法使得甜菜汁提纯的成本显著降低，同时另一成本降低的原因在于，该方法所需的用于添加生石灰的设备也可大大缩小。

附图说明

图1以示意图方式显示了本发明用于甜菜汁预加石灰和/或生产非蔗糖浓缩物的装置的实施方式。

图2以示意图方式显示了本发明用于甜菜汁预加石灰和/或用于生产非蔗糖浓缩物装置的另一个实施方式。

具体实施方式

实现本发明的方法需要使用精心选择的絮凝剂，这些絮凝剂在给定的操作条件下，无需添加其它的辅助剂，比如凝结剂，能够实现对于甜菜汁的高效提纯。本发明得出的结论是，使用含量为1-8ppm的特定的聚阴离子絮凝剂可保证高效的提纯效果，特定的聚阴离子絮凝剂指的是分子量约为5百万-22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的阴离子共聚物，特别是AN 945、2440和2540。在上述介绍中，若没有另做说明，ppm指的是ppm(w/w)(基于重量)的一个计量单位。

由于沉淀出的碳酸钙内含有极少量的杂质，所以通过使用本发明的方法获得的各道碳酸化浆液，特别是第一道碳酸化浆液的滤过性得到了很大程度的改善。发明人符合技术标准的中试规模的试验结果显示，由本发明的方法获得的各道碳酸化浆液过滤系数均明显低于0.5s/cm²，对比之下，使用传统提取液提纯方法获得的碳酸化浆液，其过滤系数为1-3s/cm²。本发明改善了碳酸化浆液的过滤特性，并减少了所形成的碳酸钙的量，由此还可大大减少碳酸饱和过程中所需浓缩过滤器和薄膜压滤器必需的容量。

除此之外，本发明的甜菜汁提纯方法的一个优点在于，该方法适合于质量欠佳的甜菜原材料的加工处理，特别是老化的甜菜。另一优点在于，通过分离预加石灰处理中析出并絮凝的非蔗糖物质，在制糖过程中形成一种新产品。该产品的特点是磷酸盐含量较高，因此特别适合用作动物饲料成分，而且也可用作肥料。根据本发明，浓缩碳酸化浆液挤压排出后产生的碳石灰的质量得到了提高，特别是考虑到其用作肥料的质量。相较于传统石灰碳酸提纯法，本发明的方法获得的碳石灰的特点在于，碳酸钙的含量明显较高且胶体的含量大大减少。根据本发明的方法获得的碳石灰中磷酸盐的含量特别低。在欧洲某些地区存在耕地施肥过度的问题，特别是磷酸盐过量问题。因此，通过本发明的方法获得的碳石灰能够作为改善土质的肥料用于这些田地中。

同时，本发明的方法可以显著降低石灰炉以及提取液提纯设备的CO₂排放量。鉴于日益严厉的环境立法以及伴随引入的二氧化碳征税，这确实为本发明的另一优点。

“预加石灰”指的是在甜菜汁或者甜菜提取液内添加石灰乳，直至达到约0.1-0.3gCaO每100ml甜菜汁。预加石灰过程中，对甜菜汁在一定的温和条件下进行碱化，其中甜菜汁的pH值大约从6逐渐提高到11.5左右。预加石灰处理的作用在于，使非蔗糖物质絮凝成为果胶和蛋白质，并使难溶解的钙盐析出。

本发明中提到的“甜菜汁”或者“甜菜提取液”指的是，将甜菜切碎后通过对流法在约为65-75℃下，使用所谓的扩散法提取而得的汁液。该富含糖分的甜菜汁除了糖之外，还含有甜菜中多种有机和无机成分，这些成分被称为非蔗糖物质或者非糖物质。

本发明中提到的甜菜汁内含有的“非蔗糖物质”或者“非糖物质”指的是，大分子量物质如蛋白类、多糖，细胞壁成分以及低分子量的有机化合物如无机或有机酸、氨基酸和矿物质成分。细胞壁成分尤指果胶、木质素、纤维素和半纤维素。这些物质如同包括蛋白和核蛋白的蛋白质一样，以胶体扩散形式存在。有机酸例如有乳酸盐、柠檬酸盐和草酸盐。无机酸尤指硫酸盐和磷酸盐。

根据本发明，“石灰乳”尤指氢氧化钙，它是生石灰(氧化钙)和水结合的强放热反应中形成的，其作为石灰剂用于预加石灰和主加石灰处理中。预加石灰时往甜菜汁内添加石灰乳，致使非蔗糖物质以凝结物的形式沉淀。

根据本发明，“凝结物”指的是，絮凝过程中形成的聚集成团的存在于甜菜汁内的非蔗糖物质，同时也有被称为从预加石灰处理中得到的含蛋白质部分。该凝结物包括不溶解或难溶解的盐和析出的甜菜汁内的高分子组分，其中不溶解或难溶解的盐通过有机酸或无机酸阴离子与钙发生反应而形成，而高分子物质尤指具有亲水性的高分子物质，如蛋白类物质、多糖和细胞壁成分，并且一般情况下以胶体扩散形式分散在甜菜汁内。絮凝过程分为絮凝和凝结两步，其中絮凝时的聚集作用通过受桥键连接的聚合物吸附实现，而凝结时的聚集作用通过分解或减小分子间排斥力实现。絮凝速度与温度、pH值和所添加的石灰乳有关。加入机械能(例如搅拌和摇动)、热能(例如通过升高温度)和电能等可加速絮凝或者凝结作用。浆液内的单个成分，例如草酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐和硫酸盐等多种阴离子及果胶和蛋白质等胶质，在特定的pH值范围内沉降析出，并且沉淀物在该pH值范围内压榨。使得胶体絮凝量最大且不溶解石灰盐几乎完全析出的pH值，视为预加石灰过程中理想的絮凝点。若在优选的絮凝点完成沉降析出，以胶体扩散形式存在的大分子量汁液成分则形成统一稳定的絮凝。

果胶、蛋白质的析出和凝结过程，视温度不同需要一定的静置时间。根据本发明，预加石灰处理不仅可以冷处理也可以热处理方法进行。预加石灰冷处理时，温度最好保持在约38-40℃之间。冷处理的优点在于，所得稀液的颜色更佳，非蔗糖物质的含量减少，转化糖的分解更有效以及提取液总体提纯效果更佳。然而，根据本发明，也可以当甜菜汁温度处于约55-75℃之间时，向甜菜汁内添加石灰乳，即热处理法。相较于预加石灰冷处理法，热处理法的优点在于所得甜菜汁受微生物污染较小。

根据本发明，对甜菜汁进行预加石灰处理时，添加石灰乳的过程最好是循序渐进逐步进行的。逐渐提高甜菜汁碱度或pH值的逐步预加石灰处理，最好通过缓慢加入石灰乳石灰剂或者少量多次添加石灰乳的方法进行，在此过程中特别要保持其最佳pH。逐步预加石灰处理的优点主要在于，改善了经处理所得浆液的过滤特性，浓汁色泽更均匀透亮并且避免了过度碱化。除此之外，逐步预加石灰实现了连续的操作方式。

根据本发明，实现预加石灰过程中对甜菜汁的逐步碱化，可使用将其与已碱化的甜菜汁对流的方法，例如使用碳酸饱和过程中产生的浓缩碳酸化浆液。对流逐步碱化的意思是，将反向加入的高碱度汁液尽可能快地和低碱度汁液相混合，同时不会在混合区域形成不同的碱度梯度。通过在预加石灰装置中使用合适的输送系统，可确保在系统内部，高度稳定地迎着主流动方向输送所需的回流物质。

根据本发明，在预加石灰后和分离所形成的凝结物前，要在预加石灰浆液内加入至少一种分子量约为5百万至22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物，用作聚阴离子絮凝剂，添加该共聚物直至浓度达1-8ppm。本发明中提到的“絮凝剂”指的是这样一种物质，该物质影响胶体悬浊液中各微小成分的动电位，使其聚集成絮状物并可在沉淀后将其从系统内去除。因此，絮凝剂必须克服水中带电粒子的静电排斥作用，这些粒子大多带负电。根据本发明，絮凝剂也可以是助凝剂或者沉淀促进剂。本发明中提到的“助凝剂”或者“沉淀促进剂”指的是能使固体粒子聚集在一起成为较大单位或者絮状物的化合物。通过聚集成絮状物，固态物的沉积会因为质量较大而显著加快。同时各微小成分之间的空隙扩大，由此可以方便地通过过滤方法或者离心作用将位于沉积碳酸化浆液中的水去除。本发明中使用的聚阴离子絮凝剂不起凝结作用，因为其不影响液体流动状态下各微小成分的扩散，而是通过桥键连接的各聚合物吸附使得各微小成分聚集起来。

根据本发明，由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的、用作聚阴离子絮凝剂的共聚物，指的是人工合成的水溶性有机聚电解质，其分子量相对较大，约为5百万至22百万左右。这些化合物具有中等至强离子性。特别值得推荐的是，使用产品2440和2540(Stockhausen公司)以及AN 945(Clarflok公司)作为絮凝剂。

根据本发明，在静置足够长时间之后，通过使用分离或者脱除装置，将预加石灰过程中形成的凝结物以及使用絮凝剂形成的凝结物，从预加石灰浆液中分离。本发明中提到的“分离装置”或者“脱除装置”指的是，一种用于分离固态物和液体的装置。固液分离需使用基于充分利用重力、离心力、压力或者真空的机械方法。本发明中所用固液分离装置的设计基础是各类固液分离方法，其中包括例如倾析、过滤、沉淀、澄清和离心。

在本发明的一个优选实施例中，第一次固液分离使用的装置是倾析器，特别是静态或动态倾析器。这里的“倾析器”，特别是静态或动态倾析器，指的是一种装置或仪器，其根据沉淀原理，利用重力从液体中机械性地去除沉淀物。特别地，本发明在预加石灰后，使用倾析器从预加石灰浆液中分离已析出或絮凝的非蔗糖物质，且倾析器出口处沉淀物与浆液的体积比为1比19。根据本发明，在碳酸饱和后得到的碳酸化浆液浓缩物反复使用条件下，在预加石灰后，使用倾析器从预加石灰浆液中分离已析出或絮凝的非蔗糖物质，且倾析器出口处沉淀物与浆液的体积比为1比19。

特别地，在一个优选的实施例中，在使用倾析器进行第一次固液分离时，向预加石灰后的浆液中加入1-3ppm的絮凝剂。

根据本发明，也可以使用离心机来进行第一次固液分离。这里的离心机是指利用离心力来分离混合物的装置。待分离物在旋转的离心机内被施以离心力。在进行第一次固液分离时使用的分离器优选盘式离心机或者倾析离心机。根据本发明，“盘式离心机”和“盘式离析器”指的是旋转的锥形离心盘。在该离心盘上，较重的成分被甩向外缘，而较轻的成分则向转轴方向靠拢，然后通过转轴导出离心机。根据本发明，“倾析离心机”多为锥形的、通常连续工作的螺旋式排出的离心机。

根据本发明，若使用诸如盘式离心机或倾析离心机进行第一次分离，则向预加石灰浆液中加入1-8ppm的絮凝剂。

根据本发明，经过第一次固液分离后与透明液分离开来的凝结物进一步通过第二道分离装置，继续浓缩。

根据本发明，凝结物的进一步浓缩可使用一个或多个薄膜压滤机(垂直排放)或者一个或多个自动压滤装置(水平排放)作为第二道固液分离装置。本发明中提到的“薄膜压滤机”指的是一种过滤装置，可以是板框式压滤机也可以是厢式压滤机。板框压滤机设计为由一系列垂直于地面的、带有输导管道、平行排列的直角平板组成，其表面覆有薄膜或者设计为薄膜过滤器，平板间的板框用于收纳滤饼。厢式压滤机设计为由一系列薄膜滤板组成，滤板的边缘坚硬，凸出于滤布，从而在两块滤板之间形成一个滤室，以收纳滤饼。根据本发明，使用薄膜压滤机浓缩凝结物，在预加石灰处理后排出又一道澄清的滤液，得到滤饼，该滤饼的干物质含量约为60-70％。

根据本发明，经过使用第一道固液分离装置得到的凝结物也可使用一个或多个倾析离心机、一个或多个旋转式真空过滤器和/或盘式离析器作为第二道固液分离装置，进一步浓缩，得到又一道澄清的滤液，且用这种方法，非蔗糖浓缩物的干物质含量约为40-70％，特别是60-70％。

使用第二道固液分离装置得到的非蔗糖浓缩物或者非蔗糖物质滤饼的干物质含量约为40-70％，特别是60-70％，其营养丰富，特别是磷酸盐含量很高，是炼糖过程中产生的新产品。

根据本发明，通过两道固液分离得到的澄清的滤液合并后，进行主加石灰处理。在本发明中，“主加石灰”是指向预加石灰滤液中继续加入石灰乳，并在升高温度的同时升高滤液的碱度，得到主加石灰滤液。主加石灰的目的在于化学分解转化糖和酰胺。根据本发明，在主加石灰过程中，向经预加石灰处理并去除凝结物后的澄清滤液中加入石灰乳，直到甜菜汁碱度达到约0.6g CaO/100ml，同时温度升高到约85℃。

根据本发明，在主加石灰后紧接着向滤液中通入二氧化碳，进行第一次碳酸饱和，得到第一道碳酸化浆液。本发明提到的“碳酸饱和”或者“二氧化碳饱和”是指在主加石灰中未耗尽的石灰与通入的二氧化碳反应生成碳酸钙的过程。通过向反应器中通入二氧化碳，溶于滤液的氢氧化钙转化生成碳酸钙，同时进行碳酸饱和的反应器中pH值逐步降到约10.6-11.4。在第一次碳酸饱和中，主加石灰后的滤液中的非蔗糖物质和色素被吸附到碳酸钙上。

根据本发明，第一次碳酸饱和后，在碳酸饱和反应器内形成的第一道浆液可使用烛形过滤器过滤，得到第一道碳酸化浆液浓缩物和第一道澄清滤液。根据本发明，“烛形过滤器”指的是配有悬挂式滤芯的立式过滤器。烛形过滤器的滤芯可以是陶瓷和塑料滤芯，也可以是塑料网或金属网，还可以是槽管或卷绕烛形部件。

根据本发明，第一道碳酸化浆液浓缩物中的一部分可循环利用到甜菜汁的预加石灰过程中。

根据本发明，向第一次碳酸饱和后获得的澄清滤液中通入二氧化碳，进行第二次碳酸饱和，得到第二道碳酸化浆液。在第二次碳酸饱和的过程中通入二氧化碳，使经处理的甜菜汁的pH值降到约9.2。此时获得的第二道碳酸化浆液也可通过浓缩过滤器，比如烛形过滤器过滤。

根据本发明，第一道和/或第二道碳酸化浆液浓缩物与从第一和第二次固液分离得到的一部分凝结物合并，并通过一个或多个薄膜压滤器再次浓缩，或者，第一道和/或第二道碳酸化浆液浓缩物通过一个或多个薄膜压滤器再次浓缩。根据本发明，由于经处理的有杂质甜菜汁的载荷减小，所以比起通过传统石灰碳酸法得到的碳酸化浆液，根据本发明方法得到的第一和第二道碳酸化浆液的可滤性明显提高。根据传统石灰碳酸法，在第一次碳酸饱和后得到的碳酸化浆液的过滤系数FC约为1-3sec/cm²；而根据本发明的方法获得的第一道碳酸饱和浆液的过滤系数小于0.5sec/cm²。与通过传统石灰碳酸法得到的第二道碳酸化浆液相比，根据本发明的方法得到的第二道碳酸化浆液的过滤特性也明显改善。过滤速度的增快使得压缩能力提高和滤布的使用寿命延长。与通过传统石灰碳酸法得到的碳石灰相比，本发明的通过薄膜压滤器从第一和第二道碳酸化浆液浓缩物中得到的碳石灰有诸多优点。根据本发明得到的碳石灰几乎由纯碳酸钙组成，含有极少量的非蔗糖物质，其磷酸盐含量特别低。根据本发明得到的碳石灰特别适合作为肥料，用于被过分施肥的耕地。

本发明解决的一个技术问题是，提供了一种减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法，该方法包括如下连续操作步骤：

a)甜菜汁预加石灰，即向甜菜汁中加入石灰乳，直至甜菜汁的碱度达到0.1-0.3g CaO每100ml汁液，使甜菜汁内的非蔗糖物质以凝结物的形式析出和/或凝结，

b)加入至少一种分子量约为5百万至22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物作为聚阴离子絮凝剂，直至其浓度达1-8ppm，

c)使用至少一台第一道固液分离装置将凝结物从预加石灰甜菜汁中分离出去，获得澄清的滤液，

d)对分离凝结物后得到的澄清滤液进行主加石灰处理，即向滤液中添加石灰乳直至浓度达约为0.6gCaO每100ml汁液，和

e)向经主加石灰处理的汁液中通入二氧化碳进行第一次碳酸饱和，紧接着进行第二次碳酸饱和，其间不追加石灰。

在本发明一个特定实施例中，步骤a)和b)也可同时进行。

根据本发明，在使用盘式离心机或倾析离心机进行第一次固液分离时，可加入1-8ppm的絮凝剂。根据本发明，在使用静态或动态倾析器进行第一次固液分离时，则优选加入1-3ppm的絮凝剂。本发明优选使用絮凝剂AN 945，2440和2540。

根据本发明，经过第一道固液分离获得的凝结物送入第二道固液分离装置进行第二次固液分离，得到第二道澄清的滤液。根据本发明，第二道固液分离装置包括一个或多个倾析分离器和/或一个或多个盘式离析器或薄膜压滤器。

根据本发明，经过第一和第二道固液分离得到的澄清滤液被合并，然后进行主加石灰。根据本发明，向主加石灰处理后获得的主加石灰滤液中通入二氧化碳，进行第一次碳酸饱和，获得第一道碳酸化浆液。第一道碳酸化浆液立即通过烛形过滤器进行过滤，得到第一道碳酸化浆液浓缩物和澄清的碳酸饱和滤液。根据本发明，向第一道碳酸饱和滤液中通入二氧化碳，进行第二道碳酸饱和，获得第二道碳酸化浆液。

本发明解决的另一个技术问题，是提供了一种由甜菜汁制备富含营养的非蔗糖浓缩物的方法，该方法包括如下连续操作步骤：

a)甜菜汁预加石灰，即向甜菜汁中加入石灰乳，直到甜菜汁的碱度达到0.1-0.3g CaO每100ml汁液，使甜菜汁中的非蔗糖物质以凝结物的形式析出和/或凝结，

b)加入至少一种分子量约为5百万至22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物作为聚阴离子絮凝剂，直至其浓度达1-8ppm，和

c)使用至少一台第一道固液分离装置从预加石灰甜菜汁中分离出凝结物。

在本发明一个特定实施例中，步骤a)和b)也可同时进行。

甜菜汁中含有的非蔗糖物质主要是指大分子量的蛋白类物质、多糖、细胞壁组分，也有小分子的有机或无机酸、氨基酸和矿物质。细胞壁组分主要是指果胶、木质素、纤维素和半纤维素。甜菜汁中含有的蛋白类物质指的是例如蛋白质和核蛋白。根据本发明，在使用静态或动态倾析器进行第一次固液分离时，加入1-3ppm的絮凝剂。根据本发明，在使用离心机、特别是盘式离心机或倾析离心机进行固液分离时，加入1-8ppm的絮凝剂。本发明优选使用絮凝剂AN 945，2440和2540。

根据本发明，第一次固液分离后得到的凝结物被导入第二道固液分离装置，进一步浓缩和稠化。第二道固液分离装置可使用一个或多个薄膜压滤器或者一个或多个倾析分离器和/或盘式离析器或者一个或多个旋转真空过滤器。

由此获得的浓缩凝结物，例如滤饼形状的凝结物，其干物质含量优选的是60-70％。根据本发明获得的非蔗糖浓缩物的一大特点是高的酸盐含量。根据本发明，该浓缩凝结物可进一步捣碎、干燥。

本发明因此也涉及一种非蔗糖浓缩物，包括由甜菜汁制得的非蔗糖脱水凝结物，根据本发明，其获得的方法是，向甜菜汁中加入石灰乳进行预加石灰，加入絮凝剂使非蔗糖物质从甜菜汁析出或凝结，再通过固液分离从甜菜汁中分离出非蔗糖物质的脱水凝结物。该非蔗糖浓缩物的显著特征在于其包含大分子量的蛋白类物质、多糖、细胞壁组分和小分子的有机或无机酸、氨基酸和矿物质。根据本发明，该浓缩物具有较高的磷酸盐含量。

本发明还涉及非蔗糖浓缩物作为肥料或土壤改良剂的应用。非蔗糖浓缩物的一个特别优选的用途是作为动物饲料使用。作为动物饲料使用时，本发明的非蔗糖浓缩物优选捣碎后与糖蜜混和、干燥，然后制成动物饲料。

本发明解决的另一个基本技术问题是提供了一种用于甜菜汁预加石灰和/或获得非蔗糖浓缩物的装置，其中该非蔗糖浓缩物由从甜菜汁中得到的非蔗糖浓缩凝结物所组成。该装置包括至少一个用于甜菜汁的石灰处理、使甜菜汁内非蔗糖物质凝结的容器，该容器至少有一个甜菜汁入口、一个石灰乳入口和一个用于排出经过预加石灰处理的甜菜汁的出口，同时，该装置至少有一套第一道固液分离装置，用于从预加石灰浆液中分离出在预加石灰时获得的凝结泥，所述固液分离装置具有：一个入口，与预加石灰容器的出口相连以导入预加石灰浆液；一个第一出口，用于排出已去除凝结泥的澄清滤液；以及一个第二出口，用于排出被进一步提取的凝结泥。根据本发明，所述第一道固液分离装置优选是一个静态或动态倾析器或者一个或多个离心机，特别是一个或多个盘式离心机或/和倾析离心机。

在一个优选的实施例中，所述第一道固液分离装置的第二出口通过一根管道与第二道固液分离装置相连接，以进一步浓缩和稠化第一道固液分离得到的浓缩泥。

根据本发明，所述第二道固液分离装置具有：一个入口，用于导入从第一道固液分离器排出的凝结泥；一个第一出口，用于排放在凝结泥浓缩时获得的澄清滤液；以及一个第二出口，用于排出凝结泥。根据本发明，第二道固液分离装置优选是一个或多个薄膜压滤器或者至少一个离心机，特别是一个盘式离析器或一个倾析离心机或一个旋转真空过滤器。

在对甜菜汁进行预加石灰时使用的容器或反应器可以是一个立式容器，通过基本上水平排列的隔板划分成上下叠置的反应室，这些反应室由一个个通孔相连，通过搅拌元件进行通气反应，由此简单方式可方便地对pH值进行调节。搅拌元件可使用轴流泵。然而，反应器中的各个单独反应室也可以用外部管道连接，把预加石灰浆液从一个反应室的头部导向相邻反应室的尾部。

然而，预加石灰反应器或预加石灰容器也可以设计成阶式搅拌罐，其每一层至少有一个反应室或多个可依次流过预加石灰浆液的反应室。

根据本发明，使用的预加石灰反应器或预加石灰容器优选允许甜菜汁与已碱化汁液对流，逐步碱化甜菜汁。因此，根据本发明，使用的预加石灰反应器有适当的输送设备，以尽可能高的稳定性迎着主流动方向输送所需数量的回流物质。

通过以下图1、图2和实施例对本发明进行详细解释。

图1以框图显示了本发明用于甜菜汁预加石灰和/或生产非蔗糖浓缩物的装置的实施例，具体地，包括一个用于对甜菜汁进行石灰乳处理的容器3，以及一个与该容器3相连接的第一道固液分离装置11，该第一道固液分离装置11用于将容器3内预加石灰获得的凝结物从预加石灰浆液中分离。所述容器3有一个用于输入甜菜汁的入口5和一个用于输入石灰乳的入口7。该容器3还有一个用于排放预加石灰浆液的出口9。该预加灰容器3的出口9通过管道19与第一道固液分离装置11的入口13相连接，这样来自预加灰容器3的预加石灰浆液可以导入第一道固液分离装置11。在第一道固液分离装置11内，预加石灰浆液中形成的凝结物作为凝结泥与澄清的滤液分离，凝结泥通过第一道固液分离装置11的出口17从第一道固液分离装置11被排放出来，经提纯的滤液通过第一道固液分离装置11的出口15从第一道固液分离装置11转移出来。

图2以框图显示了本发明用于甜菜汁预加石灰和/或用于生产非蔗糖浓缩物装置的另一个实施例。本发明的装置1包括一个用于对甜菜汁进行石灰乳处理的容器3，以及一个与容器3相连接的第一道分离装置11，用于将容器3内预加石灰获得的凝结物从预加石灰浆液中分离。除了用于输入甜菜汁的入口5和一个用于输入石灰乳的入口7，该容器3还有一个用于输入碳酸化浆液浓缩物的入口6，该浓缩物是通过未图示的第一道和第二道碳酸饱和过程得到的。该容器3同样有一个用于排放最终的预加石灰浆液的出口9。该预加灰容器3的出口9通过管道19与第一道固液分离装置11的入口13相连接，这样来自预加灰容器3的预加石灰浆液可以导入第一道固液分离装置11。在第一道固液分离装置11内，预加石灰浆液中形成的凝结物作为凝结泥与澄清的滤液分离。经提纯的滤液通过第一道固液分离装置11的出口15从第一道固液分离装置11转移出来。分离出的凝结泥通过第一道固液分离装置11的出口17转移出来。该出口17通过管道31与第二道固液分离装置23的入口25相连，这样来自第一道固液分离装置11的凝结泥通过出口17、管道31和入口25导入第二道固液分离装置23。在第二道固液分离装置23中，将输入的凝结泥浓缩以获得浓缩的凝结泥和第二道澄清的滤液。进一步浓缩的凝结泥通过出口27从第二道固液分离装置23中排放出来。在第二道固液分离装置23中形成的澄清滤液通过出口29从第二道固液分离装置23中转运出来，然后流入与管道21相连接的管道33，管道21内输送的是从第一道固液分离装置11中转移出来的澄清滤液。通过这种方式，从第二道固液分离装置23中获得的澄清滤液和从第一道固液分离装置11中获得的澄清滤液得以相混和。然后从第一道固液分离装置11和从第二道固液分离装置23中获得的澄清滤液的混和液一起流经管道35和本发明中未图示的换热器，进行主加石灰处理。

实施例

通过分离预加石灰凝结物对甜菜汁进行提纯

预加石灰

将30kg的原液导入容积为50升、配有搅拌器、二氧化碳导管和pH电极的可加热容器中，并加热到55℃。20分钟后，向原液逐步加入石灰乳，直至达到预加石灰最佳絮凝点的pH值(约0.1-0.3g CaO每100ml汁液)。为了加快沉淀速度，随后加入聚阴离子絮凝助剂(AN 945)。获得的澄清的上清(清液)被吸入储藏容器中。获得的碳酸化浆液浓缩物被排出并导入薄膜压滤器或倾析离心机中。

主加石灰

将25kg清液导入清洁的、可加热容器中，加入石灰乳进行混合，其碱度控制在0.6g CaO每100ml汁液(传统方法约为1.0-1.1g CaO每100ml汁液)。将汁液温度升高到85℃并保持20分钟。

第一道碳酸饱和

导入二氧化碳，在15分钟内将pH值降到11.2。

第一次过滤

将碳酸化浆液转入容积为30升的压滤器中进行过滤。碳酸化浆液过滤系数小于0.5s/cm²，而通过传统方法得到的碳酸化浆液的过滤系数约为2s/cm²。

第二道碳酸饱和

将滤液导入清洁的可加热容器中，加热到95℃。导入二氧化碳，将pH值降到9.2。

第二次过滤

将碳酸化浆液转入容量为30升的加压抽滤器进行过滤，获得稀薄的汁液。

Claims

1、一种甜菜汁提纯方法，其特征在于包括：

a)对甜菜汁进行预加石灰处理，即在甜菜汁内添加石灰乳直至浓度达到约0.1-0.3gCaO每100ml汁液，使得非蔗糖物质析出和/或凝结为凝结物，

b)加入至少一种分子量约5百万至22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物作为聚阴离子絮凝剂，直至其浓度达到1-8ppm，

c)使用至少一台第一道固液分离装置将凝结物从预加石灰甜菜汁中分离出去，获得澄清的预加石灰滤液，

d)对分离凝结物后得到的澄清预加石灰滤液进行主加石灰处理，即在预加石灰滤液中添加石灰乳直至浓度达约0.6gCaO每100ml汁液，以及

e)向经主加石灰处理后的浆液中通入二氧化碳，进行第一次碳酸饱和，随后选择性的进行第二次碳酸饱和。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加入1-3ppm的絮凝剂。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一道固液分离装置是静态或动态倾析器。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一道固液分离装置是离心机。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述离心机是盘式离心机或倾析离心机。

6、根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，使用第二道固液分离装置对所述分离的凝结物进一步浓缩，得到又一道澄清的预加石灰滤液。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二道固液分离装置是一个或多个薄膜压滤器。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二道固液分离装置是一个或多个倾析离心机和/或盘式离析器和/或旋转真空过滤器。

9、根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，得到干物质含量为40-70％的浓缩凝结物。

10、根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，将经过第一道和第二道固液分离后获得的澄清预加石灰滤液合并起来，进行主加石灰处理。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，向经主加石灰处理后获得的滤液内通入二氧化碳，进行第一次碳酸饱和，获得第一道碳酸化浆液。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，向经主加石灰处理后的滤液内通入二氧化碳，使其pH值逐步降到10.6-11.4。

13、根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，使用烛形过滤器过滤第一道碳酸化浆液，得到第一道碳酸化浆液浓缩物和第一道澄清的碳酸饱和滤液。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将第一道碳酸化浆液浓缩物中的一部分循环利用于甜菜汁的预加石灰处理。

15、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，向第一道澄清的碳酸饱和滤液中通入二氧化碳，进行第二次碳酸饱和，得到第二道碳酸化浆液。

16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使用过滤分离装置分离第二道碳酸化浆液和第二道澄清碳酸饱和滤液，进一步浓缩第二道碳酸化浆液，获得第二道碳酸化浆液浓缩物。

17、根据权利要求13或16所述的方法，其特征在于，将第一道和第二道碳酸化浆液浓缩物合并后使用薄膜压滤器进一步浓缩，获得碳石灰。

18、一种减少甜菜汁提纯过程中石灰用量的方法，其特征在于包括：

a)对甜菜汁进行预加石灰处理，即向甜菜汁内添加石灰乳直至浓度达到约0.1-0.3gCaO每100ml汁液，使得非蔗糖物质析出和/或凝结为凝结物，

b)加入至少一种分子量约为5百万至22百万、由丙烯酰胺和丙烯酸钠构成的共聚物作为聚阴离子絮凝剂，直至其浓度达到1-8ppm，

c)使用至少一台第一道固液分离装置将凝结物从经预加石灰处理的甜菜汁中分离，获得澄清的预加石灰滤液，

d)对分离凝结物后得到的澄清预加石灰滤液进行主加石灰处理，即在预加石灰滤液中添加石灰乳直至浓度达到约0.6gCaO每100ml汁液，以及

e)向经主加石灰处理的滤液中通入二氧化碳进行第一次碳酸饱和，随后进行第二次碳酸饱和，其间不追加石灰。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，加入1-3ppm的絮凝剂，并且使用的第一道固液分离装置是静态倾析器。

20、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，加入1-8ppm的絮凝剂，并且使用的第一道分离装置是盘式离心机或倾析离心机。

21、根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，使用第二道固液分离装置进一步浓缩分离的凝结物，得到又一道澄清滤液。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第二道固液分离装置是一个或多个倾析离心机和/或盘式离析器和/或旋转真空过滤器或/和一个或多个薄膜压滤器。

23、根据权利要求18-22中任一项所述的方法，其特征在于，经过第一道和第二道固液分离后获得的澄清滤液合并起来，进行主加石灰处理。

24、根据权利要求23所述的方法，其特征在于，向经主加石灰处理后获得的主加石灰滤液中通入二氧化碳，进行第一次碳酸饱和，获得第一道碳酸化间浆液。

25、根据权利要求24所述的方法，其特征在于，使用烛形过滤器过滤第一道碳酸化浆液，得到第一道碳酸化浆液浓缩物和第一道澄清的碳酸饱和滤液。

26、根据权利要求25所述的方法，其特征在于，向第一道澄清的碳酸饱和滤液中通入二氧化碳，进行第二次碳酸饱和，得到第二道碳酸化浆液。

27、一种由甜菜汁制备富含营养的非蔗糖浓缩物的方法，其特征在于包括：

a)对甜菜汁进行预加石灰处理，即向甜菜汁内添加石灰乳直至浓度达到约0.1-0.3gCaO每100ml汁液，使得汁液内非蔗糖物质析出和/或凝结为凝结物，

c)使用至少一台第一道固液分离装置将凝结物从预加石灰甜菜汁中分离出去。

28、根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述甜菜汁中的非蔗糖物质是指大分子量的蛋白类物质、多糖、细胞壁组分、低分子量的有机酸或无机酸、氨基酸和矿物质。

29、根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述细胞壁组分是指果胶物质、木质素、纤维素和半纤维素。

30、根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述多糖是指果聚糖和葡聚糖。

31、根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述蛋白类物质是指蛋白质、核蛋白和甜菜碱。

32、根据权利要求28-31中任一项所述的方法，其特征在于，加入1-3ppm絮凝剂。

33、根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述第一道固液分离装置是静态或动态倾析器。

34、根据权利要求27-31中任一项所述的方法，其特征在于，所述离心机是盘式离心机或倾析离心机。

35、根据权利要求27-34中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二道固液分离装置进一步浓缩分离的凝结物。

36、根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述第二道固液分离装置包括一个或多个倾析离心机和/或盘式离析器和/或旋转真空过滤器和/或薄膜压滤器。

37、根据权利要求27-36中任一项所述的方法，其特征在于，得到干物质含量为40-70％的浓缩凝结物。

38、根据权利要求37所述的方法，其特征在于，捣碎并干燥浓缩的凝结物。

39、一种非蔗糖浓缩物，其特征在于，包括一种由甜菜汁制得的非蔗糖物质脱水凝结物，该物质是通过权利要求1-17中任一项所述的方法或权利要求27-38中任一项所述的方法获得的，即向甜菜汁中加入石灰乳进行预加石灰处理，加入絮凝剂使非蔗糖物质析出和/或凝结，并且把分离或凝结的非蔗糖物质从甜菜汁分离出来。

40、根据权利要求39所述的非蔗糖浓缩物，其特征在于，所述非蔗糖物质是指大分子量的蛋白类物质、多糖、细胞壁组分、低分子量的有机酸或无机酸、氨基酸和矿物质。

41、根据权利要求39或40所述的非蔗糖浓缩物，其特征在于，所述浓缩物具有高的磷含量。

42、根据权利要求39-41中任一项所述的非蔗糖浓缩物用作磷肥或土壤改良剂的应用。

43、根据权利要求39-41中任一项所述的非蔗糖浓缩物用作动物饲料的应用。

44、根据权利要求43所述的应用，其特征在于，将所述非蔗糖浓缩物捣碎、与糖蜜混和并干燥。

45、一种用于甜菜汁预加石灰和/或获得非蔗糖浓缩物的装置，其中所述浓缩物由从甜菜汁中得到的非蔗糖浓缩凝结物所组成，其特征在于，包括至少一个用于对甜菜汁进行石灰乳处理和凝结甜菜汁中非蔗糖物质的容器(3)，所述容器具有至少一个用于输入甜菜汁的入口(5)、至少一个用于输入石灰乳的入口(7)以及至少一个用于排放预加石灰处理后汁液的出口(9)，该装置还包括至少一个用于分离预加石灰处理后获得的凝结泥和滤液的第一道固液分离装置(11)，所述第一道固液分离装置具有一个与容器出口(9)相连的入口(13)，用于输入经预加石灰处理的浆液，一个用于排放分离凝结泥后的澄清预加石灰滤液的第一出口(15)，以及用于排放凝结泥的第二出口(17)。

46、根据权利要求45所述的装置，其特征在于，所述第一道固液分离装置是静态或动态倾析器或离心机。

47、根据权利要求45或46所述的装置，其特征在于，所述离心机是盘式离心机或倾析离心机。

48、根据权利要求45-47中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一道固液分离装置的第二出口通过一根进料管道与一个用于进一步浓缩凝结泥的第二道固液分离装置相连。

49、根据权利要求48所述的装置，其特征在于，所述第二道固液分离装置具有一个用于导入从第一道固液分离器排放的凝结泥的入口，一个用于排放在凝结泥浓缩过程中获得的澄清滤液的第一出口，和一个用于排放浓缩凝结泥的第二出口。

50、根据权利要求48或49所述的装置，其特征在于，所述第二道固液分离装置包括一个或多个薄膜压滤器或者至少一个离心机或旋转真空过滤器。

51、根据权利要求50所述的装置，其特征在于，所述离心机是盘式离析器或倾析离心机。