(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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式糖液精製装置であって、イオン交換樹脂の再生工程において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より下部に、再生廃液を排出するコレクタを設けたことを特徴とする混床式糖液精製装置。
【請求項２】
コレクタを、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より、該遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高の０．５〜１０％分下方に設けることを特徴とする請求項１に記載の混床式糖液精製装置。
【請求項３】
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式糖液精製装置の再生方法であって、イオン交換樹脂の再生工程において、上層が強塩基性アニオン交換樹脂であり、下層が再生された遊離形弱酸性カチオン交換樹脂である分離されたイオン交換樹脂の上層の強塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤を通薬する際に、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離形弱酸性カチオン交換樹脂の分離境界面より下部に設けたコレクタによりアルカリ再生剤の再生廃液を排出することを特徴とする混床式糖液精製装置の再生方法。
【請求項４】
コレクタを、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より、該遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高の０．５〜１０％分下方に設置することを特徴とする請求項３に記載の混床式糖液精製装置の再生方法。
【請求項５】
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式糖液精製装置を用いて糖液を精製する方法において処理糖液のｐＨが低下した場合に、イオン交換樹脂の再生工程において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より下部に、再生廃液を排出するコレクタが位置するように、弱酸酸性カチオン交換樹脂を加えることを特徴とする糖液の精製方法。
【請求項６】
上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より、該遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高の０．５〜１０％分下方にコレクタ位置となるように弱酸性カチオン交換樹脂を加えることを特徴とする請求項５に記載の糖液の精製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糖液を脱塩脱色する混床式糖液精製装置、混床式糖液精製装置の再生方法および糖液の精製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
糖液の精製は、原糖液を炭酸飽充、粒状活性炭濾過、骨炭濾過等の前処理を行った後、後処理としてイオン交換処理が行われている。後処理としてのイオン交換処理には、脱色を目的としたイオン交換処理と脱塩を目的としたイオン交換処理がある。
【０００３】
脱塩を目的としたイオン交換処理には、前処理された糖液を強塩基性アニオン交換樹脂の単床で処理した後、弱酸性カチオン交換樹脂の単床で処理して脱塩を行う二床式精製装置を用いるリバース処理と、前処理された糖液を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混合した混床式精製装置で処理して脱塩する混床式処理がある。
【０００４】
リバース処理は工業的に広く採用されているが、処理純度が充分でないという問題点がある。一方、リバース処理に比べて、混床式処理はイオン交換樹脂の再生操作が煩雑であるものの、高純度の糖液が得られる点で、糖液の精製処理として優れた方法である。
【０００５】
混床式精製装置におけるイオン交換樹脂の再生方法としては、例えば特開平２−２９８３５８号公報、特開平１１−７６８４０号公報等に記載された方法が知られている。
【０００６】
図３は、上記特開平２−２９８３５８号公報の混床式精製装置の再生方法を説明するための模式断面図であり、塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が分離され、酸再生剤を一貫して通薬した後の状態を示すものである。なお、図３において３１は混床式精製装置であり、３５は再生剤を供給するためのディストリビュータであり、混床塔の下部にはイオン交換樹脂を支持するための支持床３７が設置されている。図３に示したように、従来の混床式糖液精製装置では、コレクタ３２は弱酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を通薬して遊離酸形とした弱酸性カチオン交換樹脂３４と強塩基性アニオン交換樹脂３３との分離境界面３６に設けられている。
【０００７】
特開平２−２９８３５８号公報に記載された再生方法は、混床塔で糖液処理を終了した後、糖液や食塩水等を利用し両樹脂の比重差により弱酸性カチオン交換樹脂を下層に、強塩基性アニオン交換樹脂を上層に分離し、上層の強塩基性アニオン交換樹脂および下層の弱酸性カチオン交換樹脂の双方に塩酸水溶液等の酸再生剤を一貫して通液し、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同時に行った後、上層の強塩基性アニオン交換樹脂に水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通液し、同時に混床塔の下部から水を上向流で通水し、両樹脂の分離境界面に設けたコレクタより再生廃液を排出して、上層の強塩基性アニオン交換樹脂を再生した後、両樹脂を混合し混床を形成させる方法である。
【０００８】
また、特開平１１−７６８４０号公報に記載された方法は、弱酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を上下二層に分離することと、上層の強塩基性アニオン交換樹脂および下層の弱酸性カチオン交換樹脂の双方に酸再生剤を一貫して通薬し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、下層から酸再生剤を通薬して同時に行うことを特徴とするものである。
【０００９】
このような混床式の糖液精製装置では、糖液処理の過程において、弱酸性カチオン交換樹脂は、遊離酸形からＮａ形、Ｃａ形等の塩形へのイオン交換の進行に伴って次第に膨潤するが、酸再生処理によって遊離酸形となって収縮し、膨潤が解消される。そのため、混床式の糖液精製装置におけるコレクタの位置は、酸再生剤を両樹脂に一貫して通薬して弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形となって収縮したとき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との分離境界面、すなわち、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である場合の分離境界面にコレクタがくるように設定されている。
【００１０】
上記の再生方法は、再生処理毎に、強塩基性アニオン交換樹脂にも酸再生剤が通薬されるので、弱酸性カチオン交換樹脂の再生処理と同時に強塩基性アニオン交換樹脂が回生される利点がある。
【００１１】
また、従来の混床式精製装置では処理糖液にＮａがリークするが、このＮａリークを防ぐことを目的として、特開平１０−５７１００号公報には、混床式精製装置の再生においてコレクタの位置を両樹脂の分離境界面より上に設置する技術が開示されている。特開平１０−５７１００号公報に記載された糖液精製装置は、Ｎａのリークを防ぐ優れたものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の混床式処理システムで処理サイクルを重ねてゆくと、徐々に処理液のｐＨが酸性側に振れることがあった（ｐＨ４．５〜６．０）。その原因は、弱酸性カチオン交換樹脂に比べ、強塩基性アニオン交換樹脂の劣化が早く進むため、強塩基性アニオン交換樹脂で酸性成分を捕捉しきれなくなるためである。処理糖液のｐＨが酸性側に振れると、ショ糖の分解が起こりやすくなるので、糖液の精製においては、処理糖液のｐＨが酸性側に振れることはできるだけ避けなければならない。
【００１３】
強塩基性アニオン交換樹脂の劣化による処理液のｐＨが酸性に振れることを防ぐためには、イオン交換樹脂を交換することで解決できるが、高価なイオン交換樹脂を交換することは精製コストの上昇につながるため、できるだけ交換頻度を減らすシステムが望まれている。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、混床式の糖液精製装置において、処理サイクルを重ねてゆくと徐々に処理液のｐＨが酸性に振れることを防ぐことができる混床式糖液精製装置、混床式糖液精製装置の再生方法および糖液の精製方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、混床式糖液精製装置において、再生剤廃液を排出するコレクタの位置を調節することにより上記課題を解決できることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１６】
上記課題を解決するための第１の発明は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填した混床式糖液精製装置であって、イオン交換樹脂の再生工程において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より下部に、再生廃液を排出するコレクタを設けたことを特徴とする混床式糖液精製装置に関するものである。
【００１７】
また上記課題を解決するための第２の発明は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填した混床式糖液精製装置の再生方法であって、イオン交換樹脂の再生工程において、上層が強塩基性アニオン交換樹脂であり、下層が再生された遊離形弱酸性カチオン交換樹脂である分離されたイオン交換樹脂の上層の強塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤を通薬する際に、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離形弱酸性カチオン交換樹脂の分離境界面より下部に設けたコレクタによりアルカリ再生剤の再生廃液を排出することを特徴とする混床式糖液精製装置の再生方法に関するものである。
【００１８】
さらに上記課題を解決するための第３の発明は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填した混床式糖液精製装置を用いて糖液を精製する方法において処理糖液のｐＨが低下した場合に、イオン交換樹脂の再生工程において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より下部に、再生廃液を排出するコレクタが位置するように、弱酸酸性カチオン交換樹脂を加えることを特徴とする糖液の精製方法に関するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、分離境界面の下部にコレクタを設けた混床式糖液精製装置を用いることにより処理糖液のｐＨが酸性になることを防ぐものである。
【００２０】
本発明において処理対象となる主な糖液とは、サトウキビやビートを原料とする原糖液に炭酸飽充、粒状活性炭濾過、骨炭濾過等の前処理を施したものである。
【００２１】
図１により本発明の混床式糖液精製装置を説明する。図１は、本発明の混床式糖液精製装置の再生工程において、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の再生された遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂に分離された状態を示す模式断面図である。再生処理にあたって、混床式糖液装置１内の混合樹脂は比重差を利用して上層の強塩基性アニオン交換樹脂３と下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂４に分離され、分離境界面６を境に二層に分離されている。
【００２２】
図１に示したように、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面６の下部に設置されたコレクタ２を有する混床式糖液精製装置１を用いることにより、強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤であるアルカリ再生剤をディストリビュータ５より通薬すると、弱酸性カチオン交換樹脂４のうちコレクタ２より上方にある弱酸性カチオン交換樹脂に、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤が接触する。
【００２３】
これにより、アルカリ再生剤と接触した弱酸性カチオン交換樹脂がＮａ形等の塩形となる。そのため再生後の糖液処理に際して、極微量のＮａが処理糖液にリークすることにより、強塩基性アニオン交換樹脂で捕捉できなかった酸性成分を中和し、処理糖液のｐＨが酸性に振れることを防止することができる。
【００２４】
本発明において用いられるイオン交換樹脂は、糖液精製のために使用される従来既知の強塩基性アニオン交換樹脂（例えばアンバーライト（登録商標、以下同様）IRA-402BL 、IRA-900 、XT-5007 、ダイヤイオン（登録商標、以下同様）PA312 、PA308 ）、弱酸性カチオン交換樹脂（例えばアンバーライトIRC-76、IRC-50、レバチット（登録商標、以下同様）CNP-80、ダイヤイオンWK11）のいずれも使用することができる。
【００２５】
なお本発明の混床式糖液精製装置を用いると処理糖液にＮａが微量リークするが、処理糖液に残存するＮａの量は１０-6.0〜１０-4.5ｍｏｌ／Ｌ（炭酸カルシウム換算で０．０５〜１．６ｍｇＣａＣＯ3 ／Ｌ）であり、処理糖液の品質上、特に問題となることはない。
【００２６】
本発明において、コレクタ２の位置は強塩基性アニオン交換樹脂３と遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂４との分離境界面６より下方に設ける必要があるが、通常は分離境界面６より、下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高（ｈc ）の０．５〜１０％分下部に、好ましくは１〜５％分下部に設置すればよい。コレクタ２を下層の遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高（ｈc ）の１０％分を超えて下方に設けると、コレクタ２の上方に存在する弱酸性カチオン交換樹脂が再生時にアルカリ再生剤と接触する量が多くなり、処理糖液のｐＨがアルカリ性となってしまう。また、コレクタ２を設ける位置が遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の層高（ｈc ）の０．５％未満では、強塩基性アニオン交換樹脂３を再生する際に、アルカリ再生剤と接触する弱酸性カチオン交換樹脂の量が少なくなって、所期の目的を達成できない場合があるので好ましくない。
【００２７】
コレクタ２の設置位置を決める際の基準面となる分離境界面６とは、上述のごとく強塩基性アニオン交換樹脂３と遊離酸形の弱酸性カチオン交換樹脂４とに分離した時の両樹脂層が接する面を意味し、通常は混床式糖液精製装置の設計段階で定められる。また、分離境界面６からの下方への距離を決めるための基準となる弱酸性カチオン交換樹脂の層高（ｈc ）とは、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が完全に分離された場合のＨ形（基準形）の弱酸性カチオン交換樹脂の層高を意味する。
【００２８】
図２に本発明の混床式糖液精製装置を用いて、糖液の精製処理工程および再生工程を行う場合の一実施形態を示す。
【００２９】
図２（ａ）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８が充填された混床式糖液精製装置１の上部から前処理された原料糖液を通液し、混床式糖液精製装置１の下部から、精製糖液を回収する工程を示すものである。
【００３０】
上記の精製処理工程を終了後、混床式糖液装置１内のイオン交換樹脂を再生するには、まず混合樹脂８を糖液や食塩水を利用した比重分離等の操作により、上層の強塩基性アニオン交換樹脂３と下層の弱酸性カチオン交換樹脂４とに分離する（図２（ｂ））。
【００３１】
弱酸性カチオン交換樹脂４は、前述のごとく糖液の処理過程において、イオン交換の進行により膨潤して、体積が５０〜１００％程度増加するため、糖液精製処理終了直後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との分離境界面は、図２（ｂ）に示したようにコレクタ２の上部に存在する。
【００３２】
次いで、図２（ｃ）に示したように、混床式糖液精製装置１の上部に設置したディストリビュータ５により塩酸等の酸再生剤を通薬し、上層の強塩基性アニオン交換樹脂３と下層の弱酸性カチオン交換樹脂の双方に一貫通薬し、混床式糖液精製装置１の下部から排出する。酸再生剤の通薬により、下層の弱酸性カチオン交換樹脂が再生され遊離酸形となり体積が収縮する。
【００３３】
弱酸性カチオン交換樹脂が収縮した後においても、両イオン交換樹脂の分離境界面がコレクタ２の上方に位置するようになる。なお、酸再生剤の通薬により上層の強塩基性アニオン交換樹脂３に吸着された有機酸等の不純物が取り除かれて強塩基性アニオン交換樹脂３が回生される。
【００３４】
その後、強塩基性アニオン交換樹脂３を再生するが、強塩基性アニオン交換樹脂３の再生は、図２（ｄ）に示したように、ディストリビュータ５より水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬し、同時に水を混床式糖液精製装置１の下部から通水し、コレクタ２よりアルカリ再生剤と水を排出する。
【００３５】
先の図１に詳しく示したように、両イオン交換樹脂の分離境界面６の下部にコレクタ２が設置されているため、強塩基性アニオン交換樹脂３の再生時にコレクタ２より上部に存在する弱酸性カチオン交換樹脂にアルカリ再生剤が接触する。これにより弱酸性カチオン交換樹脂の一部がＮａ形等の塩形になる。従って、再生後の精製処理工程において、処理糖液にＮａが若干リークするので、処理糖液のｐＨが酸性に振れるのを防ぐことができる。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、再生工程において分離操作終了後、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸酸性カチオン交換樹脂とに酸再生剤を一貫して通薬する再生方法について説明したが、本発明装置の再生方法はこれに限定されず、例えば分離操作を行う前の混合状態のイオン交換樹脂に酸再生剤を通液し、しかる後に分離操作を行ってもよいし、また、分離操作終了後、混床式糖液精製装置１の下部より酸再生剤を通薬するとともに再生廃液をコレクタ２から排出することによってまず弱酸酸性カチオン交換樹脂４のみを再生し、次いで、上部のディストリビュータ５によりアルカリ再生剤を通薬する再生廃液をコレクタ２から排出することによって強塩基性アニオン交換樹脂３を再生するようにしてもよい。
【００３７】
なお、コレクタが分離境界面に位置するように設定された従来の混床式糖液精製装置において、精製処理工程において処理糖液のｐＨが上昇するようになった場合でも、再生工程において、分離された強塩基性アニオン交換樹脂と遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の分離境界面より下方にコレクタが位置するように弱酸性カチオン交換樹脂を追加してもよい。
【００３８】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライトＩＲＡ−４０２ＢＬ」、ロームアンドハース社製）３Ｌと弱酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライトＩＲＣ−７６」、ロームアンドハース社製）１．５Ｌを、図１に示したような混床式の糖液精製装置に充填した。この樹脂は長期にわたって実装置で使われた樹脂である（２００サイクル以上）。
【００４０】
実施例１の混床式糖液精製装置では、コレクタの位置を下層の弱酸性カチオン交換樹脂（Ｈ形）の層高の１％分分離境界面より下部に設置した。
【００４１】
原糖液の純度および糖液処理の処理条件を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0004593830.tif 000002
【００４３】
糖液処理後の再生は以下のように行った。まず、混合樹脂を飽和食塩水により分離し、糖液精製装置上部のディストリビュータより３．５％の塩酸を４．５Ｌ通薬し、糖液精製装置の下部より排出した。続いて、４．０％の水酸化ナトリウム水溶液６．０Ｌを上記ディストリビュータより通薬し、同時に水を糖液精製装置の下部から通水し、コレクタより排出した。更にこの後、糖液精製装置の上部および下部から洗浄水を通水し、洗浄水をコレクタから排出して再生処理を完了した。
【００４４】
比較例１
コレクタの位置を分離境界面に位置するように設置した図３に示したような従来の糖液精製装置を用いた他は、実施例１に準じて、糖液の精製処理および再生処理を行った。
【００４５】
比較例２
特開平１０−５７１００号公報に準じてコレクタの位置を上層の強塩基性アニオン交換樹脂（Ｃｌ形）の層高の５％分分離境界面より上部に設定した他は、実施例１に準じて、糖液の精製処理および再生処理を行った。
【００４６】
実施例２
比較例２の装置に、新品の弱酸性カチオン交換樹脂を加えた。新品の弱酸性カチオン交換樹脂は、コレクタの位置が下層の弱酸性カチオン交換樹脂（Ｈ形）の層高の１％分分離境界面の下になる量を加えた。すなわち３１８ｍｌの弱酸性カチオン交換樹脂を加えて、実施例１に準じて、糖液の精製処理および再生処理を行った。
【００４７】
実施例１，２および比較例１，２の混床式の糖液精製装置を用いて、糖液の精製処理を行ったときの、処理糖液のｐＨを測定した。その結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0004593830.tif 000003
【００４９】
表２に示した結果より明らかなとおり、実施例１，２の糖液精製装置は、従来の比較例１，２の糖液精製装置と比べて、処理糖液のｐＨが酸性に振れておらず、好ましいｐＨ範囲であることが認められた。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１または２に記載の混床式糖液精製装置においては、コレクタの位置が分離境界面より下方であることにより、アルカリ再生剤による再生時に遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の一部がＮａ塩形等の塩形になるため、処理糖液のｐＨが酸性側に振れるのを防ぐことができる。
【００５１】
請求項３または４に記載の混床式糖液精製装置の再生方法においては、コレクタの位置が分離境界面より下方であることにより、アルカリ再生剤による再生時に遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の一部がＮａ塩形等の塩形になるため、処理糖液のｐＨが酸性側に振れるのを防ぐことができる。
【００５２】
請求項５または６に記載の糖液の精製方法においては、弱酸性カチオン交換樹脂を追加補充することによってコレクタの位置を分離境界面より下方とすることにより、アルカリ再生剤による再生時に遊離酸形弱酸性カチオン交換樹脂の一部がＮａ塩形等の塩形になるため、処理糖液のｐＨが酸性側に振れるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混床式糖液精製装置の、再生工程におけ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が分離された状態を示す模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の混床式糖液精製装置の再生方法を説明するための模式断面図。
【図３】従来の混床式糖液精製装置の、再生工程におけ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が分離された状態を示す模式断面図。
【符号の説明】
１  混床式糖液精製装置
２  コレクタ
３  強塩基性アニオン交換樹脂
４  弱酸性カチオン交換樹脂
５  ディストリビュータ
６  分離境界面
７  支持床
【図１】
0004593830.tif 000004
【図２】
0004593830.tif 000005
【図３】
0004593830.tif 000006