(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショ糖液を通液することにより、ショ糖液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分をナトリウムイオンまたはカリウムイオンに置換するためのナトリウム形またはカリウム形カチオン交換樹脂を充填した軟化塔と、軟化塔を通過した処理液を通液する強塩基性アニオン交換樹脂を充填したアニオン塔と、アニオン塔を通過した処理液を通液する強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填した混床塔とを設けたことを特徴とするショ糖液精製装置。
【請求項２】
混床塔の弱酸性カチオン交換樹脂の酸性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬した後、混床塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液および／またはアニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬することを特徴とする請求項１に記載のショ糖液精製装置の再生方法。
【請求項３】
混床塔の弱酸性カチオン交換樹脂の酸性再生廃液と、混床塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液および／またはアニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液とを混合して得られる中性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬することを特徴とする請求項１に記載のショ糖液精製装置の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショ糖液精製装置および同装置の再生方法に関するものである。さらに詳しくは軟化塔とアニオン塔と混床塔を組み合わせたショ糖液精製装置および同装置の再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ショ糖液は、活性炭処理、骨炭処理、イオン交換樹脂処理による脱色処理を行った後、イオン交換樹脂を用いて脱塩処理を行って精製されている。脱塩精製システムとして、ＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂を用いたアニオン塔と、ＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂とＨ形の弱酸性カチオン交換樹脂の混床塔を用いる脱塩精製システム（特開平２−２９５４９９号）が提案されている。このシステムは従来の脱塩精製システムであるリバース法や混床法に比べて処理量、脱色率とも優れた脱塩精製システムである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ショ糖液はｐＨが酸性側になるとショ糖が分解するため、ショ糖液の脱塩精製は糖液のｐＨが酸性側にならないように行う必要がある。そのため、ＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂を用いたアニオン塔とＯＨ形のアニオン交換樹脂とＨ形の弱酸性カチオン交換樹脂の混床塔を組み合わせた上記脱塩システムでは、ショ糖液を始めにＯＨ形のアニオン交換樹脂に接触させてショ糖液のｐＨをアルカリ性とした後、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混床樹脂に接触させて精製を行う。
【０００４】
しかしこの方法ではＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂との接触において糖液がアルカリ性になるため、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が比較的多く含まれている糖液を処理する場合には、これらの硬度成分が水酸化物や炭酸化合物として析出して樹脂層内部に沈殿し、イオン交換樹脂の交換基を閉塞して脱塩性能の低下を引き起こしたり、また樹脂層の差圧が上昇する等の問題があった。リバース法でも始めに強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて処理を行うため同様の問題が起きる。
【０００５】
その沈積した硬度成分を除去するために、５〜５０サイクルに１回の割合でアニオン交換塔内の強塩基性アニオン交換樹脂を温ＨＣｌ等の酸を用いて回生するのが通常である。しかしながら、通液毎に硬度成分等が樹脂層内部に沈積するため安定した処理にはなりにくい。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、安定した脱塩精製処理を行うことのできるショ糖液精製装置及び同装置の効率的な再生方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが、鋭意研究を進めた結果、従来のアニオン塔と混床塔を組み合わせた脱塩精製装置において、前段に軟化塔を設けることにより、上記課題が解決されることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ショ糖液を通液することにより、ショ糖液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分をナトリウムイオンまたはカリウムイオンに置換するためのナトリウム形またはカリウム形カチオン交換樹脂を充填した軟化塔と、軟化塔を通過した処理液を通液する強塩基性アニオン交換樹脂を充填したアニオン塔と、アニオン塔を通過した処理液を通液する強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填した混床塔とを設けたことを特徴とするショ糖液精製装置、
混床塔の弱酸性カチオン交換樹脂の酸性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬した後、混床塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液および／またはアニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬することを特徴とする請求項１に記載のショ糖液精製装置の再生方法
および混床塔の弱酸性カチオン交換樹脂の酸性再生廃液と、混床塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液および／またはアニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂のアルカリ性再生廃液とを混合して得られる中性再生廃液を軟化塔のカチオン交換樹脂に通薬することを特徴とする請求項１に記載のショ糖液精製装置の再生方法に関するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係るショ糖液精製装置は、図１に示すように強塩基性アニオン交換樹脂４を充填したアニオン塔３と強塩基性アニオン交換樹脂および弱酸性カチオン交換樹脂の混合樹脂６を充填した混床塔５からなる装置の前段にカチオン交換樹脂２を充填した軟化塔１を設けたものである。軟化塔に充填するカチオン交換樹脂は、ショ糖液中の硬度成分を吸着できるものであれば特に限定されず、強酸性のものでも弱酸性のものでも使用できるが、強酸性カチオン交換樹脂がカルシウムやマグネシウム等の硬度成分の除去性能に優れている点で好ましい。また、カチオン交換樹脂のイオン形としては、一般的にナトリウム形のものを使用するが、この他にもカリウム形のものを使用することもできる。
【００１０】
本発明のショ糖液精製装置によりショ糖液を精製するには、原料のショ糖液の原液は、軟化塔１の上部から通液され、例えばナトリウム形のカチオン交換樹脂２の層を通り、原液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分がイオン交換されナトリウムイオンと置換され、その結果、軟化処理後のショ糖液中には、ＮａＣｌ、ＮａＳＯ４等のナトリウム塩が含まれることになる。軟化塔１の下部から流出した処理液を、アニオン塔３の上部から通液し、ＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂４層を通り、脱色および脱アニオンされて下部から流出する。原液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分は前段の軟化塔１のカチオン交換樹脂２に吸着されて除去されているので、アニオン塔３の強塩基性アニオン交換樹脂４に硬度成分が析出して蓄積されることがない。軟化処理後のショ糖液に含まれていたＣｌイオン、ＳＯ４イオン等の陰イオンは、アニオン塔３のＯＨ形強塩基性アニオン交換樹脂４によってＯＨイオンと置換されるので、アニオン塔処理後のショ糖液中には主としてＮａＯＨが含まれている。アニオン塔３の下部から流出した処理液を、混床塔５の上部から通液し、ＯＨ形の強塩基性アニオン交換樹脂とＨ形の弱酸性カチオン交換樹脂との混合樹脂６層を通り、脱色・脱塩処理されて混床塔５の下部から精製ショ糖液として流出してくる。混床塔５では、アニオン塔３処理後のショ糖液中に含まれているＮａイオンや、該ショ糖液中に微量残留しているカルシウムイオン、マグネシウムイオン等のカチオンは弱酸性カチオン交換樹脂により吸着され、また、該ショ糖液中に微量残留しているＣｌ、ＳＯ４イオン等のアニオンは強塩基性アニオン交換樹脂によって吸着されて、除去される。
【００１１】
請求項１に記載のショ糖液精製装置は、脱塩処理前に軟化処理を行うことにより、アニオン塔内の強塩基性アニオン交換樹脂へのカルシウムやマグネシウム等の硬度成分の析出、蓄積を防ぐことができ、該強塩基性アニオン交換樹脂の交換基の閉塞による脱塩性能の低下および樹脂塔の差圧上昇を防止することができる。
【００１２】
本発明の請求項１記載のショ糖液精製装置の再生処理は、まず混床塔内の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を比重差により分離した後行う。
【００１３】
図２に示すように、分離後の混床塔５にまず塩酸水溶液等の酸再生剤を混床塔５上部から通液し、再生廃液を下部から排出して上層の強塩基性アニオン交換樹脂７と下層の弱酸性カチオン交換樹脂８とに一括して通薬する。酸再生剤の一括通薬により、混床塔５の弱酸性カチオン交換樹脂８が再生（Ｈ形化）され、強塩基性アニオン交換樹脂７が回生処理される。混床塔５から排出された酸性再生廃液を、アニオン塔３の上部から通薬し、アニオン塔３内の強塩基性アニオン交換樹脂４の回生処理を行う。アニオン塔３から排出された酸性再生廃液を、軟化塔１の上部より通薬する。これにより、軟化塔１のカチオン交換樹脂２の一部がＮａ形となり、その他がＨ形となる。すなわち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を使用した場合、酸性再生廃液中には、塩酸によって混床塔の弱酸性カチオン交換樹脂８から脱離したＮａに由来するＮａＣｌと、再生に利用されなかった余剰の塩酸が含まれているのみでその他のＣａ等の不純物イオンは極くわずかしか含まれていないので、これを軟化塔１に通すとカチオン交換樹脂２はその一部がＮａ形、他がＨ形になる。
【００１４】
なお、混床塔５の酸再生剤による一括通薬は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂との混合樹脂を分離せずに一括通薬し、その後両イオン交換樹脂を比重分離して、後述の強塩基性アニオン交換樹脂の再生を行うようにしてもよい。
【００１５】
次いで、図３（ａ）に示すように、混床塔５の上部よりＮａＯＨ水溶液等のアルカリ再生剤を通薬し、同時に混床塔５下部より水を導入し、再生廃液を両イオン交換樹脂層のほぼ中間部に設けたコレクター（不図示）から排出させて、混床塔５内の強塩基性アニオン交換樹脂７を再生（ＯＨ形）する。
【００１６】
混床塔５から排出されたアルカリ性再生廃液を軟化塔１の上部から通薬し、カチオン交換樹脂２のうち、Ｈ形になっているカチオン交換樹脂をＮａ形に再生する。
【００１７】
なお、軟化塔１に混床塔５から排出される酸性再生廃液を通薬することなく直接アルカリ性再生廃液を通薬すると、軟化塔１内のカチオン交換樹脂２に吸着されているカルシウムイオンやマグネシウムイオンが水酸化物として析出してしまうので好ましくない。
【００１８】
さらに、図３（ｂ）に示すように、アニオン塔３の上部よりアルカリ再生剤を通薬し、強塩基性アニオン交換樹脂４を再生（ＯＨ形化）する。通常、混床塔５の強塩基性アニオン交換樹脂７の再生時に排出されるアルカリ性再生廃液中には軟化塔１のカチオン交換樹脂２の再生に必要なナトリウム量は充分に含まれているが、もし不足する場合は、アニオン塔３より排出されたアルカリ性再生廃液を軟化塔１上部から通薬してもよい。
【００１９】
再生方法のその他の実施形態として、混床塔５に酸再生剤を通薬する際に、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を比重差を利用して分離した後、酸再生剤を混床塔５下部から導入して、下層の弱酸性カチオン交換樹脂８層に酸再生剤を上向流で通薬し、酸性再生廃液をコレクターより排出させてもよい。この場合、同時に混床塔５上部より水を導入し、上層の強塩基性アニオン交換樹脂７層に下降流で水を流してコレクターから排出させる。ただし、強塩基性アニオン交換樹脂を回生処理できる点で、上述の酸再生剤を一括通薬する再生方法が好ましい。
【００２０】
また、混床塔５から排出される酸性再生廃液を、アニオン塔３に導入せず直接軟化塔１に導入してもよい。ただし、アニオン塔３の強塩基性アニオン交換樹脂の回生処理を行える点で、図２に示した方法が好ましい。
【００２１】
図３（ａ）、（ｂ）に示した方法は、軟化塔１のカチオン交換樹脂２をほぼ完全にＮａ形にするために、混床塔５の強塩基性アニオン交換樹脂７のアルカリ性再生廃液と、アニオン塔３の強塩基性アニオン交換樹脂４のアルカリ性再生廃液を用いる例を示したが、いずれか一方のみで軟化塔１のカチオン交換樹脂２を充分Ｎａ形にできる場合は、いずれか一方のアルカリ性再生廃液を使用すればよい。
【００２２】
また、混床塔５から排出される酸性再生廃液、あるいはこの酸性再生廃液をさらにアニオン塔３に通薬して排出される酸性再生廃液と、混床塔５の強塩基性アニオン交換樹脂７のアルカリ性再生廃液およびアニオン塔３のアルカリ性再生廃液の両方あるいはいずれか一方とを混合して中和し、得られた中性廃液を軟化塔１のカチオン交換樹脂２の再生に用いてもよい。
【００２３】
もちろん、軟化塔１のカチオン交換樹脂２を、新品の再生剤（例えば、塩化ナトリウム水溶液等）を用いて再生してもよいが、薬品コストが増大する。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
表１に示した原糖液を強酸性カチオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲ−１２０Ｂ」）２０ｍｌを充填した軟化用カラム（軟化塔）と、強塩基性アニオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＡ−４０２ＢＬ」）４０ｍｌを充填したアニオンカラム（アニオン塔）と強塩基性アニオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＡ−４０２ＢＬ」）４０ｍｌと弱酸性カチオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＣ−７６）２０ｍｌを混合して充填した混床式カラム（混床塔）を用いて、通液温度５０℃、通液流量２００ｍｌ／ｈで２０００ｍｌを処理する操作を１サイクルとして通液を行った。
【００２６】
再生処理としては、はじめに混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を比重差を利用して分離した後、下降流式で１Ｎ−ＨＣｌ（１６０ｍｌ）を混床式カラムに通薬して、強塩基性アニオン交換樹脂の回生と弱酸性カチオン交換樹脂の再生を行った。その酸性再生廃液をアニオンカラムの強塩基性アニオン交換樹脂に通薬して回生した後、軟化用カラムの強酸性カチオン交換樹脂に通薬した。
【００２７】
その後、混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂に１Ｎ−ＮａＯＨ（８０ｍｌ）を通薬して強塩基性アニオン交換樹脂を再生し、そのアルカリ性再生廃液を軟化用カラムの強酸性カチオン交換樹脂に通薬した。その後、混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が均等になるように混合した。また、酸性再生廃液通薬後のアニオンカラム内の強塩基性アニオン交換樹脂に１Ｎ−ＮａＯＨ（８０ｍｌ）を通薬して再生し、そのアルカリ性再生廃液を軟化用カラムの強酸性カチオン交換樹脂に通薬した。
【００２８】
上記の方法で、ショ糖液精製処理−再生の操作を繰り返して行った。５サイクル目の軟化処理したショ糖液の性状を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003592495.tif 000002
【００３０】
表１に示した結果から明かなように、本発明のショ糖液精製装置により処理を行うことにより、前段の軟化塔で硬度成分を予め除去することができ、アニオン塔内の強塩基性アニオン交換樹脂にショ糖液中の硬度成分が析出、蓄積することがないので、アニオン塔内での硬度成分の析出による目詰まりが解消され、色素の脱着、イオン交換処理が容易になり、従来の処理システムより、安定した処理性能が得られる。
【００３１】
また、本発明の再生方法により、軟化塔のカチオン交換樹脂を充分に再生できることが分かる。
【００３２】
比較例１
表１に示した原糖液を強塩基性アニオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＡ−４０２ＢＬ」）４０ｍｌを充填したアニオンカラムと、強塩基性アニオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＡ−４０２ＢＬ」）４０ｍｌと弱酸性カチオン交換樹脂（ローム  アンド  ハース社製、「アンバーライト  ＩＲＣ−７６」）２０ｍｌを混合して充填した混床式カラムを用いて、通液温度５０℃、通液流量２００ｍｌ／ｈで２０００ｍｌを処理する操作を１サイクルとして通液を行った。
【００３３】
再生処理としては、はじめに混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を比重差を利用して分離した後、下降流式で１Ｎ−ＨＣｌ（１６０ｍｌ）を混床式カラムに通薬して、塩基性アニオン交換樹脂の回生と弱酸性カチオン交換樹脂の再生を行なった。
【００３４】
その後、混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂に１Ｎ−ＮａＯＨ（８０ｍｌ）を通薬して強塩基性アニオン交換樹脂を再生した。その後、混床式カラム内の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を均等になるように混合した。同様にアニオンカラムの強塩基性アニオン交換樹脂に１Ｎ−ＮａＯＨ（８０ｍｌ）を通薬して再生した。
【００３５】
上記の方法でショ糖液精製処理−再生処理の操作を繰り返した。３サイクル目にはアニオンカラム内の強塩基性アニオン交換樹脂に肉眼で確認できるほど硬度成分が析出した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のショ糖液精製装置により、アニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂に硬度成分が析出することがなく、ショ糖液の精製を安定して行うことができる。また、本発明の再生方法によれば、混床塔の再生廃液を用いて軟化塔のカチオン交換樹脂を再生することができるので、該カチオン交換樹脂を例えば新品の食塩水溶液を用いて再生する場合に比べて、再生薬品コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショ糖液精製装置の説明図。
【図２】本発明の再生方法のうち、酸再生剤による再生方法を示すフロー図。
【図３】本発明の再生方法のうち、アルカリ再生剤による再生方法を示すフロー図で、（ａ）は混床塔の強塩基性アニオン交換樹脂の再生と軟化塔のカチオン交換樹脂の再生を示すフロー図で、（ｂ）はアニオン塔の強塩基性アニオン交換樹脂の再生と軟化塔のカチオン交換樹脂の再生を示すフロー図。
【符号の説明】
１  軟化塔
２  カチオン交換樹脂
３  アニオン塔
４  強塩基性アニオン交換樹脂
５  混床塔
６  強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂との混合樹脂
７  強塩基性アニオン交換樹脂
８  弱酸性カチオン交換樹脂
【図１】
0003592495.tif 000003
【図２】
0003592495.tif 000004
【図３】
0003592495.tif 000005