(57)【要約】【課題】第１に装置内でのカルシウム等の析出を抑制してスケーリングを防止すると共に高純度の蔗糖溶液を得ること。また、甘水量および排水量を低減すると共にコストを低減すること。第２に、精製装置を再生する際に、再生液の排水量を低減すること。【解決手段】ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とを充填した第１塔と、第１塔の後段に配しＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した第２塔に、蔗糖溶液をこの順に通液することを特徴とする蔗糖溶液の精製方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とを充填した第１塔と、
第１塔の後段に配し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した第２塔に、
蔗糖溶液をこの順に通液することを特徴とする蔗糖溶液の精製方法。
【請求項２】
前記第１塔は、前記ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂を混合充填した混床塔であることを特徴とする請求項１に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項３】
前記第１塔に充填されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂がアクリル系のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂であり、
前記第２塔に充填されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂がスチレン系のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項４】
前記第１塔に通液前の蔗糖溶液は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度の和が、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項５】
前記第１および第２塔に蔗糖溶液を通液した後、更に、
前記第２塔内に、Ｈ形弱酸性陽イオン交換樹脂用の第１の再生液を通液する工程と、
前記第２塔内を通液後の第１の再生液を前記第１塔に通液する工程と、
前記第２塔内に、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを含有するＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂用の第２の再生液を通液する工程と、
前記第２塔内を通液後の第２の再生液を前記第１塔に通液する工程と、
をこの順に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項６】
前記第２塔内に第１の再生液を通液する工程では、
前記第２塔内に第１の再生液を通液して、前記第２塔内で強塩基性陰イオン交換樹脂および弱酸性陽イオン交換樹脂を流動させて互いに分離させることを特徴とする請求項５に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項７】
更に、前記第１塔内に、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂用の第３の再生液を通液する工程を有することを特徴とする請求項５または６に記載の蔗糖溶液の精製方法。
【請求項８】
ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とを充填した第１塔と、
第１塔の後段に配し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した第２塔と、
を有することを特徴とする蔗糖溶液の精製装置。
【請求項９】
前記第１塔に充填されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂がアクリル系のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂であり、
前記第２塔に充填されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂がスチレン系のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項８に記載の蔗糖溶液の精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蔗糖溶液の精製方法および精製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．蔗糖溶液の精製
精製糖工場における蔗糖の精製工程では、原料糖を温水に溶解させた後、これに石灰と炭酸を加えて形成した炭酸カルシウムの微細結晶にコロイド状不純物を凝集させる、炭酸飽充処理を行う。次いで、炭酸飽充処理後の蔗糖溶液は、濾過後、骨炭あるいは活性炭による脱色処理を行い、最終精製としてＣｌ形陰イオン交換樹脂による脱色処理を経た後、結晶化されて製品となる。また、一部の工場では、蔗糖の精製工程において、イオン交換樹脂により脱塩処理を施して蔗糖の結晶製品あるいは液状製品を製造している。
【０００３】
蔗糖溶液の脱塩を目的としたイオン交換樹脂装置としては、（１）リバース法の単床−単床の二床塔式装置、（２）ミックスベット法の混床式装置、（３）Ａ−ＭＢ法の単床−混床の二床塔式装置が知られている。
（１）リバース法の二床塔式装置では、蔗糖溶液を、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂の単床塔で処理した後、Ｈ形弱酸性陽イオン交換樹脂の単床塔で処理することで脱塩を行う。
（２）ミックスベット法の混床式装置では、蔗糖溶液を、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂を混合した混床塔で処理することで、蔗糖溶液の脱塩を行う。
（３）Ａ−ＭＢ法の二床塔式装置では、蔗糖溶液を、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂の単床塔で処理した後、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂の混床塔で処理を行う（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、上記（１）〜（３）の精製装置では、蔗糖溶液中の硬度成分を十分に除去することができなかった。そこで、下記に示すように、硬度成分除去用の軟化塔を前段に設けた脱塩装置が提案されている。
（４）カチオン交換樹脂を充填した軟化塔と、その後段に配したＡ−ＭＢ法の二床塔式装置からなる、脱塩装置（特許文献２）。
【０００５】
２．蔗糖溶液の精製装置の再生
また、蔗糖溶液の精製装置に充填したイオン交換樹脂の再生は、強塩基性陰イオン交換樹脂にアルカリ溶液を通液し、弱酸性陽イオン交換樹脂に酸溶液を通液することで行う。強塩基性陰イオン交換樹脂と弱酸性陽イオン交換樹脂を充填した混床塔の再生は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をこれらの比重差等により分離した後、それぞれのイオン交換樹脂の再生により行う。特許文献３には最初に、塔の下部から酸溶液を導入して塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂を流動再生しながら同時に、強塩基性陰イオン交換樹脂と弱酸性陽イオン交換樹脂を分離する方法が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７８５８３３号明細書
【特許文献２】特開平１１−７００００号公報
【特許文献３】特許第３７６５６５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１．蔗糖溶液の精製
蔗糖精製工程の炭酸飽充処理後の蔗糖溶液には、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）、および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が多く含まれる。このような蔗糖溶液を、ＯＨ形の強塩基性陰イオン交換樹脂を用いて脱塩すると、カルシウムイオンが炭酸塩（ＣａＣＯ３）あるいは水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）２）として析出し、蔗糖溶液の品質の低下や設備へのスケーリング（沈着）を起こしてしまう。特に、カルシウム吸着能を有する骨炭を使用しない蔗糖精製工程では、蔗糖溶液中のカルシウムイオン濃度が高くなり、これが問題となる。
【０００８】
上記のような問題への対応策として、特許文献２に開示されているように、蔗糖溶液の脱塩装置の前段に、カルシウムイオン除去用の軟化塔を配置して、軟化処理を行う方法がある。しかし、これらの方法では、軟化塔を増やすため全部で三つの塔が必要となり、初期導入コストが高くなってしまう。
【０００９】
また、蔗糖の精製工程では、甘水が発生する。甘水とは、予め水を満たした脱塩装置内に蔗糖溶液を通液する際、初期の通液時に脱塩装置から排出される低濃度の蔗糖溶液や、精製終了後に脱塩装置を洗浄する際に脱塩装置から排出される低濃度の蔗糖溶液を表す。一般的に、精製工程では収率を増加させるために、甘水を濃縮した後、元の工程に戻している。ここで、上記のように三つの塔からなる脱塩装置では、塔の数が増えた分だけ甘水の量が増加することとなっていた。甘水の濃縮にはエネルギーが必要となりコストが増加するため、精製工程中で生じる甘水量を低減することが要望されていた。
【００１０】
２．蔗糖溶液の精製装置の再生
特許文献３に記載の装置は混床塔内の２種類のイオン交換樹脂を分離する方法を開示している。しかし、カルシウムイオン除去用のイオン交換樹脂を充填した塔を含む、蔗糖溶液の精製装置を効率的に再生する方法が要望されていた。また、特許文献２に記載の精製装置は三つの塔から構成されるため、再生液の排水量が多くなりがちであり、排水量を低減することが要望されていた。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１に、二つの塔から精製装置を構成し第１塔でカルシウムイオン等を除去することで、装置内でのカルシウム等の析出を抑制してスケーリングを防止すると共に高純度の蔗糖溶液を得ることを目的とする。また、甘水量および排水量を低減すると共にコストを低減することを目的とする。
【００１２】
第２に、精製装置を再生する際に、再生液の排水量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態は、
ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とを充填した第１塔と、
第１塔の後段に配し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した第２塔に、
蔗糖溶液をこの順に通液することを特徴とする蔗糖溶液の精製方法に関する。
【００１４】
他の実施形態は、
ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂と、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とを充填した第１塔と、
第１塔の後段に配し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した第２塔と、
を有することを特徴とする蔗糖溶液の精製装置に関する。
【発明の効果】
【００１５】
第１に、二つの塔から精製装置を構成し第１塔でカルシウムイオン等を除去することで、装置内でのカルシウム等の析出を抑制してスケーリングを防止すると共に高純度の蔗糖溶液を得ることができる。また、甘水量および排水量を低減すると共にコストを低減することができる。
【００１６】
第２に、精製装置を再生する際に、再生液の排水量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態の蔗糖溶液の精製装置を表す模式図である。
【図２】一実施形態の蔗糖溶液の精製装置を表す模式図である。
【図３】一実施形態の蔗糖溶液の精製方法を表す模式図である。
【図４】一実施形態の蔗糖溶液の精製装置の再生方法を表す模式図である。
【図５】実施例１、比較例１および２の蔗糖溶液の導電率を表す図である。
【図６】実施例１、比較例１および２の蔗糖溶液のｐＨを表す図である。
【図７】実施例１、比較例１および２の蔗糖溶液の色価を表す図である。
【図８】実施例１、比較例１および２の蔗糖溶液の７２０ｎｍでの吸光度を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、実施形態に基づいて本発明を説明する。なお、以下の実施形態は本発明の一例であって、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（蔗糖溶液の精製装置）
図１および２は、本実施形態の蔗糖溶液の精製装置を示す模式図である。図１の精製装置では、第１塔２がＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂を混合充填した混床塔、第２塔４がＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とを混合充填した混床塔となっている。また、図２の精製装置では、第１塔２が、上段にＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂２ａ、下段にＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂２ｂを配した複層床塔、第２塔４がＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂の混床塔となっている。
【００２０】
図１および２に示すように、第１塔は混床塔であっても、複層床塔であっても良いが、蔗糖溶液の純度をより高くできるため、混床塔が好ましい。また、図２に示すように、第１塔を複層床塔とする場合、上段（上流側）にＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂、下段（下流側）にＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂を配するのが好ましい。図２のようにイオン交換樹脂を配することにより、第１塔の上流側で蔗糖溶液が高アルカリ（高ｐＨ）の状態になることを防止でき、カルシウムイオン等を除去することができるため、精製装置内での炭酸カルシウム等の析出を抑制してスケーリングを防止できる。
【００２１】
図１および２に示す精製装置では、第１塔２で蔗糖溶液の軟化（カルシウムイオン等の除去）および陰イオンの除去と、脱色を行う。すなわち、第１塔２のＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂により蔗糖溶液中の陽イオン（カルシウムイオン（Ｃａ２＋）等）、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂により蔗糖溶液中の陰イオン（炭酸イオン（ＣＯ３２−）、および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）等）を吸着する。また、これらのイオン交換樹脂により、蔗糖溶液中の色素を吸着する。このため、精製装置内でのカルシウム等の析出を抑制して、スケーリングを防止することができる。従って、カルシウム等の析出やスケーリングにより、精製装置の脱塩能力が低下するのを抑制して、高純度の蔗糖溶液を得ることができる。また、従来は、蔗糖溶液の軟化用の単独の塔を設けていたため、全部で三つの塔からなる精製装置とする必要があったのに対して、本実施形態では、二つの塔で蔗糖溶液の精製（脱塩および脱色）を行うことができる。従って、装置を設置するスペースを低減できると共に、精製工程で生じる甘水の量および排水量を低減して、コストを低減することができる。
【００２２】
更に、蔗糖溶液中には、色素や無機イオン以外にも、アミノ酸や有機酸、多糖類など陰イオン不純物を含む。これらの陰イオン不純物は、カルシウムイオン等の陽イオンと複合体を形成することがある。この複合体を含む蔗糖溶液を、軟化用の単独の塔と、陰イオン交換樹脂を充填した単独の塔を有する精製装置に通液しても、複合体からカルシウムイオン等が解離しないため、何れの塔においてもカルシウムイオン等を除去することができない。これに対して、本実施形態の精製装置では、第１塔２内に、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂の両方のイオン交換樹脂が充填されている。このため、陰イオン不純物はＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着するため、複合体中のカルシウムイオン等が遊離する。遊離したカルシウムイオン等はＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂に吸着する。従って、蔗糖溶液が陰イオン不純物を含有する場合であっても、第１塔２内でこれを効果的に除去でき、蔗糖溶液を高純度とすることができる。
【００２３】
また、第２塔４のＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂では第１塔２でのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等の吸着により脱離したナトリウムイオン（Ｎａ＋）またはカリウムイオン（Ｋ＋）を吸着し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂では第１塔２で除去できなかった炭酸イオン（ＣＯ３２−）、および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）等を吸着する。更に、第２塔４内では、蔗糖溶液の脱色も行うことができる。
【００２４】
第１塔２および第２塔４に充填するＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂の種類は特に限定されないが、第１塔２にはアクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂、第２塔４にはスチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂を充填するのが好ましい。通常、蔗糖溶液中には色素が含まれるが、アクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂は色素との親和性が低く、色素との吸着力が弱いという特性を有する。一方、スチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂は色素との親和性が高く、色素との吸着力が強いという特性を有する。ここで、蔗糖溶液に含まれる色素にはイオン交換樹脂との吸着力が高いものから低いものまで存在する。
【００２５】
従って、アクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂には主にイオン交換樹脂との吸着力が高い色素が吸着する。アクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂は元々、色素との吸着力が弱いため、このイオン交換樹脂に吸着した色素は、再生剤によってイオン交換樹脂から容易に脱離させることができる。この結果、アクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂を劣化させることなく、再生させて使用することができる。
【００２６】
また、上記のように第１塔２では主にイオン交換樹脂との吸着力が高い色素が吸着するため、第１塔２を通液後の蔗糖溶液中に残留しているのは、主にイオン交換樹脂との吸着力が低い色素となる。このため、第２塔４のスチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂には主にイオン交換樹脂との吸着力が低い色素が吸着する。従って、色素との吸着力が高いスチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着した色素であっても、再生剤によって容易に脱離させることができる。この結果、スチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂を劣化させることなく、再生させて使用することができる。
【００２７】
以上のように、第１塔２にはアクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂、第２塔４にはスチレン系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂を充填することにより、これらのイオン交換樹脂を脱色（色素吸着）によって劣化させることなく、高い能力で蔗糖溶液の脱塩を行うことができる。
【００２８】
第１塔２に充填するアクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばアンバーライト（登録商標、以下、同様） ＩＲＡ９５８、ＩＲＡ４５８（ダウケミカル社製）、ＰＵＲＯＬＩＴＥ（登録商標、以下、同様）  Ａ８６０、Ａ８５０（ピュロライト社製）などを挙げることができる。アクリル系ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂のうち、特にゲル型樹脂は、交換容量が大きく、処理できる蔗糖溶液の量が多くなることから有利である。ゲル型アクリル系強塩基性陰イオン交換樹脂としてはアンバーライト ＩＲＡ４５８（ダウケミカル社製）、ＰＵＲＯＬＩＴＥ  Ａ８５０（ピュロライト社製）を挙げることができる。
【００２９】
第１塔２に充填するＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂は、強酸性陽イオン交換樹脂であっても、弱酸性陽イオン交換樹脂であっても良い。Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂としては例えば、アンバーライト  ＩＲ１２０Ｂ  Ｎａ、ＩＲ１２４  Ｎａ、２００ＣＴ  Ｎａ、２５２  Ｎａ（ダウケミカル社製）、ダイヤイオン（登録商標、以下、同様）  ＳＫ１Ｂ、ＰＫ２１６（三菱化学社製）、ＰＵＲＯＬＩＴＥ  Ｃ１００Ｅ（ピュロライト社製）を挙げることができる。また、公知のＨ形強酸性陽イオン交換樹脂をＮａＯＨやＫＯＨ等の再生剤で再生させることによって、Ｎａ形またはＫ形強酸性陽イオン交換樹脂に変換したものを用いても良い。同様に、公知のＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂をＮａＯＨやＫＯＨ等の再生剤で再生させることによって、Ｎａ形またはＫ形弱酸性陽イオン交換樹脂に変換したものを用いても良い。
【００３０】
第２塔４に充填するスチレン系強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライト  ＩＲＡ９００、ＩＲＡ４０２、ＩＲＡ４０２ＢＬ（ダウケミカル社製）、ＰＵＲＯＬＩＴＥ  Ａ５００Ｓ（ピュロライト社製）、ダイヤイオン  ＳＡ１０Ａ、ＰＡ３０８（三菱化学社製）などを挙げることができる。
【００３１】
また、第２塔４に用いる弱酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライト  ＩＲＣ７６、ダウエックス（登録商標、以下、同様）  ＭＡＣ−３（ダウケミカル社製）、ＰＵＲＯＬＩＴＥ  Ｃ１１５Ｅ（ピュロライト社製）、ダイヤイオン  ＷＫ１０、ＷＫ１１（三菱化学社製）などを挙げることができる。
【００３２】
（蔗糖溶液の精製方法）
図３は、図１の精製装置を用いた蔗糖溶液の精製方法を示す模式図である。この精製方法では，図中の矢印の方向に蔗糖溶液を通液し、最初に第１塔２内に蔗糖溶液を通液した後、第１塔２を通液後の蔗糖溶液を第２塔４内に通液する。この第１塔２のＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂では蔗糖溶液中の陽イオン（カルシウムイオンＣａ２＋等）、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂では陰イオン（炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）等）を吸着できる。また、これらのイオン交換樹脂により、蔗糖溶液中の色素を吸着できる。従って、第１塔２でのカルシウム等の析出を抑制して精製装置内でのスケーリングを防止すると共に、これにより第１塔２の脱塩能力が低下するのを抑制して、脱塩および脱色を行った高純度の蔗糖溶液を得ることができる。また、従来の精製装置と比べて、装置を設置するスペースを低減できると共に、精製工程で生じる甘水の量および排水量を低減して、コストを低減することができる。更に、蔗糖溶液中に、陰イオン不純物およびカルシウムイオン等の複合体が含有される場合、第1塔２内にこの蔗糖溶液を通液することにより、この複合体からＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂に陰イオン不純物が吸着するためにカルシウムイオン等が遊離する。遊離したカルシウムイオン等はＮａ形またはＫ形強酸性陽イオン交換樹脂に吸着するため、第１塔２内で複合体を効果的に除去でき、蔗糖溶液を高純度とすることができる。
【００３３】
また、第２塔４のＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂では、第１塔２でのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等の吸着により脱離したナトリウムイオン（Ｎａ＋）またはカリウムイオン（Ｋ＋）を除去し、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂では、第１塔２通液後も蔗糖溶液中に残存する炭酸イオン（ＣＯ３２−）、および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）等を除去する。更に、第２塔４内では、蔗糖溶液の脱色を行うこともできる。
【００３４】
精製に用いる蔗糖溶液としては特に限定されないが、炭酸飽充処理および濾過処理を行った後の濾過液、上記濾過処理後に更に活性炭処理を行った後、または他の処理により不純物を除去した溶液であることが好ましい。これらの蔗糖溶液は、多量のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の不純物を含有している。従って、これらの蔗糖溶液を本実施形態の精製装置で精製することによって、高純度の蔗糖溶液を得ることができる。なお、第１塔２に通液する前の蔗糖溶液は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度の和が、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましい。本実施形態では、上記のような高濃度のカルシウムイオンとマグネシウムイオンを含有する蔗糖溶液であっても第1塔２内でこれらのイオンを効果的に除去して、高純度の蔗糖溶液を得ることができる。
【００３５】
（蔗糖溶液の精製装置の再生方法）
図４Ａ〜４Ｄは、図１の精製装置を再生する方法を示す模式図である。蔗糖溶液の精製によって、第１塔２内のＮａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂から、Ｎａイオン（Ｎａ＋）またはＫイオン（Ｋ＋）が脱離して、主にカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等が吸着する。第１塔２内のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂から水酸化物イオン（ＯＨ−）が脱離して、主に炭酸イオン（ＣＯ３２−）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）および塩化物イオン（Ｃｌ−）などが吸着する。また、第２塔４内のＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂およびＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂から、それぞれ水素イオン（Ｈ＋）および水酸化物イオン（ＯＨ−）が脱離して、主にＮａイオン（Ｎａ＋）またはＫイオン（Ｋ＋）、ならびに炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が吸着する。すなわち、蔗糖溶液の精製後、第１塔２内のＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂は主にＣＯ３２−−強塩基性陰イオン交換樹脂、ＨＣＯ３−−強塩基性陰イオン交換樹脂およびＣｌ−−強塩基性陰イオン交換樹脂となり、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂は主にＣａ２＋−陽イオン交換樹脂等となっている。また、精製後、第２塔４内のＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂は主にＮａ＋−弱酸性陽イオン交換樹脂またはＫ＋−弱酸性陽イオン交換樹脂となり、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂は主にＣＯ３２−−強塩基性陰イオン交換樹脂およびＨＣＯ３−−強塩基性陰イオン交換樹脂となっている。
【００３６】
本実施形態の再生方法ではまず、図４Ａに示すように、第２塔４内に、Ｈ形弱酸性陽イオン交換樹脂用の第１の再生液を通液する。この際、第１の再生液は第２塔４の底部から頂部に向かって通液する。これにより、第２塔４内の強塩基性陰イオン交換樹脂と弱酸性陽イオン交換樹脂は流動し、これらのイオン交換樹脂の比重の差によって分離される。本実施形態では、分離によって、第２塔４内で上部に強塩基性陰イオン交換樹脂４ａ、下部に弱酸性陽イオン交換樹脂４ｂが配される。また、第１の再生液によって、第２塔４内の弱酸性陽イオン交換樹脂からＮａイオン（Ｎａ＋）またはＫイオン（Ｋ＋）が脱離して再生され、Ｈ形弱酸性陽イオン交換樹脂となる。
【００３７】
次に、第１の再生液を、第２塔４の頂部から回収し、第１塔２の頂部から底部に向かって通液する。この際、第１の再生液は第２塔４の底部から頂部に向かって通液するため、第１の再生液と向流となるように水等の溶液を流す必要がない。従って、水等によって第１の再生液の濃度を低下させることなく、第２塔４から回収することができる。第１塔２内への第１の再生液の通液により、第１塔２内の陽イオン交換樹脂に吸着したカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等を脱離させ、代わりに水素イオン（Ｈ＋）を吸着させて、Ｈ形陽イオン交換樹脂とする。
第１の再生液は酸溶液であれば特に限定されず、好ましくは塩酸水溶液であるのが良い。塩酸水溶液中の塩酸濃度はイオン交換樹脂を劣化させないものであれば特に限定されないが、０．０５〜２．０規定が好ましく、０．１〜１．０規定がより好ましい。上記のように、第１の再生液として塩酸水溶液を使用した場合、第２塔４内に第１の再生液を通液後、炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が吸着した第２塔４内の強塩基性陰イオン交換樹脂から炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が脱離して、塩化物イオン（Ｃｌ−）が吸着し、Ｃｌ−−強塩基性陰イオン交換樹脂となる。同様に、第１塔２内に第１の再生液を通液後、第１塔２内の、炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）が吸着した強塩基性陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ−−強塩基性陰イオン交換樹脂となる。
【００３８】
また、上記の工程では、第１塔２および第２塔４内の強塩基性陰イオン交換樹脂が回生される。すなわち、この回生により、強塩基性陰イオン交換樹脂の母体構造等に吸着した不純物（色素など）が除去される。
【００３９】
次に、図４Ｂに示すように、第２塔４の頂部から、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを含有するＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂用の第２の再生液を通液すると共に、第２塔４の底部から水を通液する。この水を第２の再生液と向流とすることで、第２の再生液が第２塔４内の下部に分離されたＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂にまで到達して、Ｈ形弱酸性陽イオン交換樹脂のイオン形がＮａ形またはＫ形に変換されるのを防止することができる。第２塔４内への第２の再生液の通液により、第２塔４内の強塩基性陰イオン交換樹脂から塩化物イオン（Ｃｌ−）を脱離させ、代わりに水酸化物イオン（ＯＨ−）を吸着させて、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とする。
【００４０】
上記のようにして第２塔４内に通液した第２の再生液および水は、図４Ｂに示すように、互いに分離されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂の境界部に位置する中間コレクターで回収する。次に、第２塔４内を通液後の第２の再生液および水を、第１塔２の頂部から底部に向かって通液する。これにより、第１塔２内の強塩基性陰イオン交換樹脂が粗再生されて、一部の塩化物イオン（Ｃｌ−）を脱離させ、代わりに水酸化物イオン（ＯＨ−）を吸着させて、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とする。また、これと共に、第１塔２内のＨ形陽イオン交換樹脂の水素イオン（Ｈ＋）を脱離させて、代わりにナトリウムイオン（Ｎａ＋）またはカリウムイオン（Ｋ＋）を吸着させてそれぞれ、Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂とする。第２の再生液はナトリウムイオンまたはカリウムイオンを含有するアルカリ溶液であれば特に限定されず、好ましくは水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液であるのが良く、より好ましくは水酸化ナトリウム水溶液であるのが良い。水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化ナトリウム濃度はイオン交換樹脂を劣化させないものであれば特に限定されないが、０．０５〜３．０規定が好ましく、０．５〜２．０規定がより好ましい。
【００４１】
次に、図４Ｃに示すように、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂用の第３の再生液を、第１塔２の頂部から底部に向かって通液する。これにより、第１塔２内の強塩基性陰イオン交換樹脂の一部に吸着していた炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）、および塩化物イオン（Ｃｌ−）を脱離させ、代わりに水酸化物イオン（ＯＨ−）を吸着させて、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とする。第３の再生液はアルカリ溶液であれば特に限定されないが、好ましくは、第２の再生液と同じものとするのが良い。
【００４２】
次に、図４Ｄに示すように、第２塔４の底部から第２塔４内に圧縮空気を流し、第２塔４内で分離配置されたＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂を流動させて混合させる。これにより、圧縮空気の流入を終了後の第２塔４内ではＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂が混合充填され、第２塔４は混床となる。
【００４３】
上記再生方法では、図４Ａの工程で水等の溶液を流す必要がない。また、従来の三つの塔の精製装置を再生する場合と比べて再生液の量を低減することができる。
【００４４】
各塔への各再生液の通液後、各塔へ水を通液して、各塔に残留している再生液を押し出して塔外へ排出させる。また、図４Ｄの工程の後に、各塔へ水を通液して、塔内のイオン交換樹脂を洗浄しても良い。本実施形態の精製装置は二つの塔からなるため、三つの塔からなる精製装置と比較して、上記工程で用いる水の量も減らすことができる。上記実施形態では、図４Ｃの工程の後に図４Ｄの工程を実施したが、図４Ｄの工程の後に図４Ｃの工程を実施しても良いし、図４Ｃと４Ｄの工程を同時に実施しても良い。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
蔗糖溶液として、炭酸飽充処理および濾過処理を行った後の濾過液を活性炭処理したものを用いた（Ｂｒｉｘ糖度５５％、導電率２５０μＳ／ｃｍ、色価８０  ＩＣＵＭＳＡ、Ａｂｓ７２０  ０．００２（１００ｍｍセル測定））。この蔗糖溶液を、図１の精製装置に、５０℃、３００ｍＬ／ｈで、第１塔２、および第２塔４の順に通液した。そして、第２塔４出口の蔗糖溶液の導電率、ｐＨ、色価、濁度（７２０ｎｍでの吸光度）をモニタリングした。なお、第１塔２および第２塔４には、下記表１に示すイオン交換樹脂を用いた。
【００４６】
次いで、０．５規定の塩酸水溶液（第１の再生液）５００ｍＬを、８００ｍＬ／ｈで第２塔４の底部から頂部に向かって通液した。これにより、第２塔４内で、アンバーライト  ＩＲＣ７６と４０２ＢＬを流動させて、第２塔４の上部にアンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬ、下部にアンバーライト  ＩＲＣ７６を分離させた。この後、第２塔４の頂部から排出された廃液（第１の再生液）を、第１塔２の頂部から底部に向かって通液した。次いで、純水３００ｍＬを同流速で第２塔４内に流し、塔内の塩酸水溶液を押出した。続いて、純水８００ｍＬを第２塔４内に流し、塔内のイオン交換樹脂を洗浄した。
【００４７】
次に、第２塔４の頂部から２規定の水酸化ナトリウム水溶液（第２の再生液）１５０ｍＬを４００ｍＬ／ｈで流し、これと同時に、第２塔４の底部から純水を４００ｍＬ／ｈで流した。アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬとアンバーライト  ＩＲＣ７６の境界に位置する中間コレクターから抜出した廃液（第２の再生液および純水）を、第１塔２内に通液した。この後、第２塔４の頂部および底部から純水２００ｍＬを４００ｍＬ／ｈで通液して、第２塔４内に残る水酸化ナトリウムを押出した。次に、第２塔４の頂部から純水１２００ｍＬを８００ｍＬ／ｈの流速で流し、第２塔４の底部より排出した。その後、第２塔４の底部より圧縮空気を導入し、アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬとアンバーライト  ＩＲＣ７６を混合させて再び、混床とした。
【００４８】
次に、第１塔２の頂部から、１規定の水酸化ナトリウム水溶液（第３の再生液）１００ｍＬを、４００ｍＬ／ｈで通液して、第１塔２の底部から排出させた。次いで、純水２００ｍＬを同流速で第１塔２内に流して第１塔２内の水酸化ナトリウムを押出した後、純水１２００ｍＬを８００ｍＬ／ｈで第１塔２内に流し、最終洗浄を実施した。
【００４９】
上記した蔗糖溶液の精製および精製装置の再生を１サイクルとして３回、繰り返した。第１塔２および第２塔４内に使用したイオン交換樹脂の種類を表１、３サイクル目の結果を図５〜８に示す。
【００５０】
（実施例２）
蔗糖溶液として、炭酸飽充処理および濾過処理を行った後の濾過液を活性炭処理したものを用いた（Ｂｒｉｘ糖度５５％、導電率３００μＳ／ｃｍ、色価７２５  ＩＣＵＭＳＡ）。この蔗糖溶液を５０℃、３００ｍＬ／ｈで合計３．６Ｌ、実施例１と同様にして図１の精製装置内に通液した。精製処理後の蔗糖溶液を全量回収し、導電率、ｐＨ、色価を測定した。次に、実施例１と同様の方法で図１の精製装置の再生を行った。上記の蔗糖溶液の精製と精製装置の再生を１サイクルとして２０回、繰り返した。第１塔２および第２塔４内に使用したイオン交換樹脂の種類を表２、１サイクル目、１０サイクル目、および２０サイクル目の結果を表３に示す。また、使用前後（新品と２０サイクル後）の各イオン交換樹脂の交換容量の測定結果を表４に示す。
【００５１】
（実施例３）
図１の第１塔２の強塩基性陰イオン交換樹脂として、表２に示すアクリル系強塩基性陰イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲＡ４５８）を使用した以外は、実施例２と同様の方法で蔗糖溶液の精製および精製装置の再生を行った。第１塔２および第２塔４内に使用したイオン交換樹脂を表２、１サイクル目、１０サイクル目、および２０サイクル目の結果を表５に示す。また、使用前後（新品と２０サイクル後）の各イオン交換樹脂の交換容量の測定結果を表６に示す。
【００５２】
（比較例１）
表１に示すように、図１の第１塔２において、Ｎａ形陽イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲ１２０Ｂ）を使用しなかった以外は、実施例１と同様の方法で蔗糖溶液の精製を行った。
【００５３】
第１塔２および第２塔４内のイオン交換樹脂の再生はそれぞれ、別々に行った。
第２塔４内のイオン交換樹脂の再生は以下のように行った。０．５規定の塩酸水溶液５００ｍＬを、８００ｍＬ／ｈで第２塔４の底部から通液した。これにより、第２塔４内で、アンバーライト  ＩＲＣ７６とＩＲＡ４０２ＢＬを流動させて、第２塔４の上部にアンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬ、下部にアンバーライト  ＩＲＣ７６を分離させた。次いで、純水３００ｍＬを同流速で第２塔４内に流し、塔内の塩酸を押出した。続いて、純水８００ｍＬを第２塔４内に流し、塔内のイオン交換樹脂を洗浄した。
【００５４】
次に、第２塔４の頂部から１規定の水酸化ナトリウム水溶液１５０ｍＬを４００ｍＬ／ｈで流し、これと同時に、第２塔４の底部から純水を４００ｍＬ／ｈで流した。アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬとアンバーライト  ＩＲＣ７６の境界に位置する中間コレクターから廃液を排出させた。この後、第２塔４の頂部および底部から純水２００ｍＬを４００ｍＬ／ｈで通液して、第２塔４内に残る水酸化ナトリウムを押出した。次に、第２塔４の頂部から、純水１２００ｍＬを８００ｍＬ／ｈの流速で流し、第２塔４の底部より排出させた。その後、第２塔４の底部より圧縮空気を導入し、アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬとアンバーライト  ＩＲＣ７６を混合させて再び、混床とした。
【００５５】
また、第１塔２内のイオン交換樹脂の再生は以下のように行った。第１塔２の頂部から、１規定の水酸化ナトリウム水溶液３００ｍＬを、４００ｍＬ／ｈで通液して、第１塔２の底部から排出させた。次いで、純水２００ｍＬを同流速で第１塔２内に流して第１塔２内の水酸化ナトリウムを押出した後、純水１２００ｍＬを８００ｍＬ／ｈで第１塔２内に流し、最終洗浄を実施した。
【００５６】
上記した蔗糖溶液の精製および精製装置の再生を１サイクルとして３回、繰り返した。第１塔２および第２塔４内に使用したイオン交換樹脂の種類を表１、３サイクル目の結果を図５〜８に示す。
【００５７】
（比較例２）
表１に示すように、図１の第１塔２においてＮａ形陽イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲ１２０Ｂ）を使用せず、代わりに第１塔２の前段に更に、Ｎａ形陽イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲ１２０Ｂ）を充填した軟化塔を設けた。これ以外は、実施例１と同様の方法で蔗糖溶液の精製を行った。
【００５８】
第１塔２および第２塔４内のイオン交換樹脂の再生は比較例１と同様にして行った。１段目の軟化塔内のアンバーライト  ＩＲ１２０Ｂの再生は、以下のように行った。最初に、１０質量％のＮａＣｌ水溶液１００ｍＬを、２００ｍＬ／ｈで軟化塔の頂部から通液し、底部から排出させた。その後、純水５０ｍＬを同流速で軟化塔内に流し、さらに純水４００ｍＬを４００ｍＬ／ｈで軟化塔内に通液してアンバーライト  ＩＲ１２０Ｂを洗浄した。
【００５９】
上記した蔗糖溶液の精製および精製装置の再生を１サイクルとして３回、繰り返した。第１塔２および第２塔４内に使用したイオン交換樹脂の種類を表１、３サイクル目の結果を図５〜８に示す。
【００６０】
【表１】
2015136336.tif 000003
【００６１】
【表２】
2015136336.tif 000004
【００６２】
【表３】
2015136336.tif 000005
【００６３】
【表４】
2015136336.tif 000006
【００６４】
【表５】
2015136336.tif 000007
【００６５】
【表６】
2015136336.tif 000008
【００６６】
図５〜８の結果より、実施例１は比較例１と比べて、導電率、色価、７２０ｎｍでの吸光度が大きく低減していることが分かる。また、実施例１と比較例２の結果から、２塔の精製装置（実施例１）で、３塔の精製装置（比較例２）と同等の導電率、色価、７２０ｎｍでの吸光度を達成できることが分かる。更に、精製工程において発生したＢｒｉｘ糖度が２〜３０％の甘水の量は、比較例２では４５０ｍＬであったのに対して実施例１では３６０ｍＬであり、甘水の量を２０％、低減することができた。
【００６７】
また、表３、５の結果より、実施例２および３では、２０サイクル後であっても蔗糖溶液のｐＨがほとんど変わらず、低い導電率および色価の蔗糖溶液が得られることが分かる。なお、サイクル数の増加と共に色価は若干、増加するが、色価の上昇幅は実施例２と比べて実施例３の方が小さく、第１塔にアクリル系陰イオン交換樹脂を用いることでイオン交換樹脂の劣化の速度が緩やかになることが分かる。
【００６８】
また、表４、６の結果より、実施例３の第１塔にアクリル系陰イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲＡ４５８）を用いた場合には、第１塔のアクリル系陰イオン交換樹脂は色素等に汚染されにくいため、実施例２における第１塔のスチレン系陰イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬ）と比べて使用後の総交換容量の低下を大幅に抑制できることがわかる。さらに、第２塔のスチレン系陰イオン交換樹脂（アンバーライト  ＩＲＡ４０２ＢＬ）については、第１塔にアクリル系陰イオン交換樹脂を用いた実施例３が第１塔にスチレン系陰イオン交換樹脂を用いた実施例２と比べて使用後の総交換容量の低下を抑制できることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
２  第１塔
２ａ  Ｎａ形またはＫ形陽イオン交換樹脂
２ｂ  ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂
４  第２塔
４ａ  強塩基性陰イオン交換樹脂
４ｂ  弱酸性陽イオン交換樹脂
【図１】
2015136336.tif 000009
【図２】
2015136336.tif 000010
【図３】
2015136336.tif 000011
【図４】
2015136336.tif 000012
【図５】
2015136336.tif 000013
【図６】
2015136336.tif 000014
【図７】
2015136336.tif 000015
【図８】
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