專利名稱：一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于消毒、殺菌劑領域，具體是一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法。
背景技術：
二氧化氯是一種強氧化劑和高效殺菌劑，對微生物的作用是因二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，有效地氧化細胞內(nèi)含巰基的酶，快速抑制微生物蛋白質的合成，導致微生物代謝障礙而細胞死亡，對細菌、真菌、藻類、病毒以及細胞芽孢均具有較好的殺滅效果，但對人和動物卻是安全無害的。世界衛(wèi)生組織已將其列為A I級廣譜、高效和安全的消毒劑，廣泛應用于飲用水、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)三廢、石油開采、禽畜生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品加工和保鮮等方面的消毒、滅菌。二氧化氯的滅菌機理是發(fā)生了氧化反應而不是氯代反應，與氯氣不同，不產(chǎn)生氯代化合物，因此二氧化氯的消毒殺菌效果好于氯氣，不會產(chǎn)生三鹵甲烷等強“三致”(致癌、致畸、致突變)物質，歐美發(fā)達國家已廣泛應用二氧化氯替代氯氣進行飲用水的消毒。

目前生產(chǎn)二氧化氯常用亞氯酸鹽法和氯酸鹽法。亞氯酸鹽法屬氧化法，與鹽酸、硫酸或氯氣反應生成二氧化氯，雖然二氧化氯的產(chǎn)率可高達95%以上，且反應不需要加熱，產(chǎn)物中二氧化氯純度高，但因亞氯酸鈉原料成本昂貴，工業(yè)化生產(chǎn)難度大。氯酸鹽法屬還原法，因原料價格較低而被廣泛使用。氯酸鹽法主要以氯酸鈉為原料，在還原劑和酸性條件下制備二氧化氯。常用的還原劑有甲醇、二氧化硫、鹽酸、雙氧水和尿素等，酸性介質常為鹽酸或硫酸。以甲醇為還原劑，副產(chǎn)物多，二氧化氯純度低，反應速度慢，且甲醇有毒易燃，不適合在糖廠或飲用水處理中應用；以尿素、二氧化硫或雙氧水等為還原劑，均存在工藝難控制、原料轉化率低、生產(chǎn)成本高、二氧化氯純度低等缺點。以鹽酸為酸化劑和還原劑時，需要較高的酸濃度，生產(chǎn)的二氧化氯會摻雜約50%的氯氣，不僅二氧化氯純度低且會產(chǎn)生“三致”物質，存在安全隱患；以硫酸為酸化劑，因硫酸腐蝕性強，對設備和操作環(huán)境要求高，投資成本高。此外，以鹽酸或硫酸為酸化劑，還會產(chǎn)生大量的氯化鈉或芒硝等副產(chǎn)物，在連續(xù)生產(chǎn)時需及時排出才能保證反應順利進行，且副產(chǎn)物附加值并不高，而回收處理工藝復雜，成本高，特別是氯化鈉或芒硝等副產(chǎn)物和大量過剩的酸化劑進入制糖生產(chǎn)對生產(chǎn)設備造成腐蝕及影響產(chǎn)品質量，因此現(xiàn)有生產(chǎn)二氧化氯的方法不適用于制糖生產(chǎn)的滅菌。碳水化合物可作為還原劑，應用廣泛的碳水化合物主要為蔗糖和葡萄糖，而制糖生產(chǎn)過程中的糖汁和糖漿的主要成分亦為蔗糖，因此原料來源廣泛，廉價易得。磷酸為無機酸，性質較硫酸和鹽酸穩(wěn)定，操作安全性高，是理想的制備二氧化氯的酸化劑，但至今未有以氯酸鹽為原料，將蔗糖或葡萄糖和磷酸應用于生產(chǎn)二氧化氯的專利報道。在甘蔗或甜菜糖廠，制糖原料入榨時會將大量細菌帶入生產(chǎn)過程中，特別是腸膜明串珠菌，不僅會消耗大量蔗糖，同時產(chǎn)生高粘度的葡聚糖，堵塞管路，并給后續(xù)的澄清、煮糖、分蜜等工段造成重要影響，降低了產(chǎn)品的質量與產(chǎn)量。有報道稱，由于腸膜明串珠菌的存在，每IOOOOt制糖原料約直接損失7t蔗糖。目前制糖行業(yè)普遍應用化學殺菌劑來處理微生物的污染問題，傳統(tǒng)化學殺菌劑中通常含有食品生產(chǎn)過程禁用的化學成分，因此需要一種高效、安全、廉價、環(huán)保、符合食品添加劑使用要求的殺菌劑應用于制糖行業(yè)。二氧化氯已被我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》(GB2760-2007)列入食品工業(yè)用加工助劑使用名單，但至今尚未有理想的適合制糖行業(yè)使用的生產(chǎn)二氧化氯的技術報道。因此迫切需要一種產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低、技術工藝簡便、適合制糖工藝的生產(chǎn)二氧化氯的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在 于提供一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法。該方法產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低、技術工藝簡便且安全環(huán)保。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案為:一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法是將質量百分濃度為15 50%的氯酸鈉溶液、質量百分濃度為10 65%的還原劑及酸化劑磷酸分別連續(xù)加入反應器中，氯酸鈉與還原劑的摩爾比為16 53:1,加入酸化劑磷酸使反應體系酸度為4 12mol/L,在溫度為50 85°C、壓力為0.01 0.06MPa、反應時間10 40min條件下進行反應，得到二
氧化氯。所述還原劑溶液為蔗糖、葡萄糖、制糖生產(chǎn)過程中的糖汁或制糖生產(chǎn)過程中的糖漿。將生成的二氧化氯引出，并加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中進行滅菌處理，反應生成的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。上述氯酸鈉溶液的質量百分濃度優(yōu)選為20 45%。上述氯酸鈉與還原劑的摩爾比優(yōu)選為20 48:1。上述加入酸化劑磷酸使反應體系酸度優(yōu)選為5 10mol/L。上述反應溫度優(yōu)選為60 80°C，反應時間優(yōu)選為15 30min。本發(fā)明的化學反應如下:I)以蔗糖或糖漿為還原劑的反應:48NaC103+C12H220n+16H3P04 — 48C102 i +16Na3P04+12C02 +35H202)以葡萄糖為還原劑的反應:24NaC103+C6H1206+8H3P04 — 24C102 +8Na3P04+6C02 +18H20本發(fā)明的益效如下:1.蔗糖為制糖生產(chǎn)產(chǎn)品，葡萄糖是廉價的單糖，糖汁或糖漿(蔗糖質量百分含量約為(10 65%)為制糖生產(chǎn)中間制品，而酸化劑磷酸為制糖加工助劑，因此用于制備二氧化氯的原料來源方便，均可在制糖企業(yè)內(nèi)部獲得或以低價購買，降低了生產(chǎn)及儲運成本，且反應消耗的蔗糖遠遠小于由微生物帶來的蔗糖損失，對提高制糖企業(yè)經(jīng)濟效益有重要意義。2.本發(fā)明以磷酸為酸化劑，反應不產(chǎn)生氯氣，產(chǎn)品純度高，原料轉化率高，反應速率快，生成的磷酸鹽可繼續(xù)在制糖工藝中進行全部回用，無廢渣廢液排出，無環(huán)境污染，實現(xiàn)清潔循環(huán)利用，適于工業(yè)化與連續(xù)生產(chǎn)，尤其適合在制糖行業(yè)應用。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為20%的溶液，將蔗糖溶解成質量百分濃度為10%的溶液，連續(xù)將兩溶液按氯酸鈉與蔗糖摩爾比48: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為70°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為8mol/L，保持反應器內(nèi)壓力為0.06MPa，反應30min，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為99.2%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，檢測二氧化氯純度和氯酸鈉轉化率，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水吸收，測定反應液及吸收液中C102、C103_及Cl2含量，ClO2純度為97.7%，轉化率為93.6%ο實施例2基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為30%的溶液，將蔗糖溶解成質量百分濃度為30%的溶液，連續(xù)將兩溶液按氯酸鈉與蔗糖摩爾比40: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為75°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為5mol/L，保持反應器內(nèi)壓力為0.05MPa，反應40min，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為99.0%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，檢測二氧化氯純度和氯酸鈉轉化率，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水 吸收，測定反應液及吸收液中C102、C103_及Cl2含量，ClO2純度為96.8%，轉化率為91.7%ο實施例3基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為15%的溶液，將葡萄糖溶解成質量百分濃度為25%的溶液，連續(xù)將兩溶液按摩爾比20: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為50°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為12mol/L，保持反應器內(nèi)壓力為0.02MPa，反應lOmin，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為98.4%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水吸收，測定反應液及吸收液中C102、ClO3-及Cl2含量，ClO2純度為96.5%，轉化率為92.8%。實施例4基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為50%的溶液，將葡萄糖溶解成質量百分濃度為40%的溶液，連續(xù)將兩溶液按摩爾比16: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為60°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為4mol/L，保持反應器內(nèi)壓力為0.0lMPa，反應30min，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為98.3%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水吸收，測定反應液及吸收液中C102、ClO3-及Cl2含量，ClO2純度為96.2%，轉化率為90.9%。實施例5基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為25%的溶液，從制糖生產(chǎn)線上取質量百分濃度為65%的糖漿，連續(xù)將兩溶液按氯酸鈉與蔗糖摩爾比53: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為85°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為7mol/L，保持反應器內(nèi)壓力為0.02MPa,反應25min，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為98.8%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水吸收，測定反應液及吸收液中C102、C103_及Cl2含量，ClO2純度為96.5%，轉化率為92.9%。實施例6基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法:將氯酸鈉溶解成質量百分濃度為45%的溶液，從制糖生產(chǎn)線上取質量百分濃度為15%的糖汁，連續(xù)將兩溶液按氯酸鈉與蔗糖摩爾比44: I在反應器中進行混合，保持反應體系溫度為80°C，連續(xù)加入磷酸控制反應體系酸度為lOmol/L，保持反應器內(nèi)壓力為
0.03MPa，反應15min，將生成的二氧化氯加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中，5min后取樣測定作用前后糖汁中菌落總數(shù)，二氧化氯滅菌率為98.5%，反應產(chǎn)生的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。另在相同原料配比和反應條件下進行反應，將產(chǎn)生的二氧化氯氣體用冰水吸收，測定反應液及吸 收液中C102、ClO3-及Cl2含量，ClO2純度為97.1%，轉化率為93.3%。
權利要求
1.一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法，其特征在于:將質量百分濃度為15 50%的氯酸鈉溶液、質量百分濃度為10 65%的還原劑及酸化劑磷酸分別連續(xù)加入反應器中，氯酸鈉與還原劑的摩爾比為16 53: I，加入酸化劑磷酸使反應體系酸度為4 12mol/L，在溫度為50 85°C、壓力為0.01 0.06MPa、反應時間10 40min條件下進行反應，得到二氧化氯； 所述還原劑溶液為蔗糖、葡萄糖、制糖生產(chǎn)過程中的糖汁或制糖生產(chǎn)過程中的糖漿； 將生成的二氧化氯引出，并加入制糖生產(chǎn)線的糖汁中進行滅菌處理，反應生成的磷酸鹽按實際制糖生產(chǎn)需要加入糖汁中進行再利用。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法，其特征在于:所述氯酸鈉溶液的質量百分濃度為20 45%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法，其特征在于:所述氯酸鈉與還原劑的摩爾比為20 48:1。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法，其特征在于:所述加入酸化劑磷酸使反應體系酸度為5 10mol/L。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法，其特征在于:所述反應溫 度為60 80°C，反應時間為15 30min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于制糖工藝的高純度二氧化氯制備方法。以氯酸鈉為原料，蔗糖、葡萄糖、制糖生產(chǎn)過程中的糖汁或制糖生產(chǎn)過程中的糖漿為還原劑，在磷酸作用下制備高純度二氧化氯，反應產(chǎn)生的磷酸鹽可作為制糖生產(chǎn)中所用的澄清助劑加入糖汁中進行再利用，生成的二氧化氯純度在96%以上，原料轉化率在90%以上，糖汁滅菌率達98%以上。本方法原料來源方便，可在制糖企業(yè)內(nèi)部獲得或以低價購買，工藝操作簡便、可連續(xù)生產(chǎn)、二氧化氯純度高、成本低廉、無廢渣廢液排出、安全性高，適合在制糖工藝中應用。
文檔編號C01B11/02GK103145101SQ201310089330
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2013年3月20日
發(fā)明者雷光鴻, 姜毅, 王元春, 羅左青, 曹敏, 雷鳴, 魏承厚, 姚曉麥, 黃忠華, 韋艷君, 梁智 申請人:廣西輕工業(yè)科學技術研究院