糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的開發(fā)及應用

韋舉兵，陳延林，李進勇，劉 耿

（欽州市創(chuàng)華工控設備有限公司，廣西 欽州 450000）

糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的開發(fā)及應用

韋舉兵，陳延林，李進勇，劉 耿

（欽州市創(chuàng)華工控設備有限公司，廣西 欽州 450000）

煮糖過程的糖蜜稀釋對制糖生產(chǎn)的煮煉收回、汽耗、糖品質(zhì)量均具有重要影響。文章介紹了新開發(fā)的糖蜜在線稀釋系統(tǒng)技術(shù)的工作原理和流程，以及在糖廠的使用情況。工業(yè)應用結(jié)果說明，該技術(shù)的使用可縮短煮糖時間，減少糖粉量，糖膏結(jié)晶率提高0.42%。該技術(shù)在糖廠的應用經(jīng)濟效益顯著，具有廣闊應用前景。

煮糖；糖蜜；稀釋；自控

糖廠的成糖工段一般是多段煮糖過程［1］，即糖漿進入結(jié)晶罐結(jié)晶后，放入助晶箱，冷卻后通過流槽分配到離心機，進行分蜜，所得白糖晶體干燥后包裝出廠，糖蜜則再進行第二、第三次結(jié)晶。分離出來的糖蜜，比較粘稠，并含有一些結(jié)晶過程中產(chǎn)生的小晶體。在進行下一輪結(jié)晶前，要將糖蜜稀釋，將小晶體徹底溶解，并把糖蜜溫度提高到比結(jié)晶過程罐內(nèi)溫度高3℃～5℃，這樣才能給下一輪的結(jié)晶創(chuàng)造好的條件。這些小顆粒溶解不完全，在下輪結(jié)晶中會以小砂的形式存在于糖膏中，如在甲糖就會形成了大量的糖粉；這些小砂的存在，造成糖膏與糖蜜之間的純度差變小，這是成糖工段回收率低的關(guān)鍵所在。如果糖蜜加熱溫度不能達到比結(jié)晶過程罐內(nèi)溫度高3℃～5℃，就會造成結(jié)晶過程中預升溫段長，不利于糖膏對流，影響傳熱，造成耗汽量大，這是成糖工段汽耗高的關(guān)鍵原因之一。

目前制糖生產(chǎn)存在的結(jié)晶工段汽耗高，結(jié)晶率低，成品糖粉多與所采用的糖蜜稀釋方式有相當大的關(guān)系。目前所采用的稀釋方式是：在稀釋箱中的糖蜜中加入一定量的水，然后利用布置其中的汽管噴蒸汽加熱糖蜜。因為升溫過程需要時間，所以結(jié)晶過程只能間歇入料，結(jié)晶控制波動大。結(jié)晶罐所需要的入料溫度約為73℃，在這個溫度條件下，糖蜜在稀釋箱中還沒達到沸點，糖蜜無法做到強烈對流。這意味著接近加熱管這部分的物料溫度相對高，而遠離加熱管的糖蜜溫度還是低的，在入料時一并吸入，物料實際溫度并沒有達到所要求的溫度。經(jīng)生產(chǎn)線上的實測表明，就目前的稀釋方式，部份工廠的入料溫度只有65℃左右。由于糖蜜都比較濃稠，加熱溫度不夠，所加入的稀釋水與糖蜜混合不均勻，哪怕是有低速攪拌，大都還是水料分層，糖蜜中的小顆粒溶解不完全。如果不做結(jié)構(gòu)性的改變，稀釋效果不理想，問題就得不到根本性的解決。

欽州市創(chuàng)華工控設備有限公司是一家長期從事制糖過程自動控制技術(shù)開發(fā)及應用的高新技術(shù)企業(yè)，在糖廠過程自控方面積累了豐富的經(jīng)驗。針對糖蜜稀釋過程中所存在的上述問題，該公司發(fā)明了糖蜜在線稀釋系統(tǒng)［2，3］，該技術(shù)經(jīng)過多年研發(fā)已成功應用于多家糖廠，取得了良好的成效，本文介紹該技術(shù)的工作原理及在一家糖廠的應用情況，探討其在甘蔗糖廠的推廣應用的可行性。

1 糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的技術(shù)原理

糖蜜在線稀釋系統(tǒng)控制流程如1圖所示。

圖1 糖蜜在線稀釋系統(tǒng)工藝控制流程示意圖

系統(tǒng)由本體和控制兩部份組成。物料在利用結(jié)晶罐真空吸入時與加熱蒸汽及水混合，在通過混合器上部的縮喉時流速加快，物料與加熱蒸汽強烈湍流，當流到混合器下部折流板時流速降低，三者的混合更充分，使物料內(nèi)的微小晶體徹底溶解，同時也降低了物料的粘度。控制部份主要實現(xiàn)溫度和錘度的控制，通過對出料口溫度的探測，控制器根據(jù)預設的物料加熱溫度，控制加入廢汽調(diào)節(jié)閥的開度，實現(xiàn)了出口物料溫度的可調(diào)。錘度的控制是根據(jù)物料流量、預設的出口錘度與控制器內(nèi)的數(shù)學模型來控制稀釋水閥的開度，實現(xiàn)出口物料錘度的按需調(diào)節(jié)。為避免加熱汽高流量時對混合器沖擊過大，系統(tǒng)采用二次升溫的方式，實現(xiàn)預設的物料加熱溫度。結(jié)合物料箱的料位自動控制，系統(tǒng)能實現(xiàn)無人化值守，一旦結(jié)晶罐有入料，系統(tǒng)接收到流量信號后自動啟動并穩(wěn)定運行，在結(jié)晶罐沒有入料的情況下，系統(tǒng)自動切換到待機狀態(tài)。本系統(tǒng)的應用，既便于糖廠減少人員崗位的設置，又使得整個結(jié)晶過程可以連續(xù)穩(wěn)定地入料，為優(yōu)化結(jié)晶過程提供了良好的外部條件。

2 在甘蔗糖廠的應用

2012/2013年榨季，英糖博華公司在生產(chǎn)線上采用了此項技術(shù)，用于乙原的稀釋。經(jīng)過了一個榨季的觀察，取得了良好的效果。

在使用本技術(shù)之前，在煮丙膏時，結(jié)晶罐視鏡會蒙上一層泡沫狀的物料，入滿料后，糖層表面就基本是靜止的了。糖膏中的母液比較厚重，粘手，觸摸不到顆粒的存在。而使用糖蜜在線稀釋系統(tǒng)后，因為入料溫度達到要求，罐內(nèi)糖膏對流更好，煮糖時糖膏能垂直拋起，掛壁現(xiàn)象比較明顯，入滿料后仍感覺到糖膏在流動。糖膏顯得底液清亮，母液稀薄，摸上去顆粒突出比較明顯（就是煮糖工俗稱的“爽手”）。在操作上，由于有了物料流量計，可以避免入料速度過快的現(xiàn)象。這一點對實現(xiàn)“合理的入料速度”這一結(jié)晶的重要因素提供了很好的操作依據(jù)。操作工有很深的體會：在使用入料系統(tǒng)初期，入料速度為10立方/小時，本來很爽手的糖膏，在這種入料速度下20分鐘左右就因入料速度大于糖份的吸收速度變成了母液多的糖膏——母液充滿晶體之間，糖膏松散，用手觸摸，也摸不到顆粒的存在。后來把入料速度降到8立方/小時，又再降到5立方/小時，就不再出現(xiàn)入料速度大于吸收速度而形成糖膏母液多的現(xiàn)象了。在四號罐一個編號丙膏（30m3）的煮制過程，一般耗時是6小時30分鐘。除了前后煮水30分鐘外，整個過程都連續(xù)平穩(wěn)地入料。開煮初期對流好，蒸發(fā)強度大，入料速度相對可以快一些，到了中后期，受靜壓損失的影響，對流變慢，入料速度也隨之調(diào)小。經(jīng)過這樣的調(diào)整，基本杜絕了以往煮制過程中先把糖膏煮成母液多后再煮水補救的現(xiàn)象，實現(xiàn)了入料速度與糖份吸收速度的平衡。

因為煮糖罐時比較緊張（7000噸/天的廠丙膏只有一個30m3和一個50m3結(jié)晶罐），煮糖時間不能做比較，但操作工明顯感覺收濃的時候會濃得比較快。其它方面的優(yōu)勢對比如下：以一月份四號罐所煮的其中52個編號丙膏（每種稀釋方式煮五罐丙膏后輪換）的數(shù)據(jù)作為分析對象，分為兩個組，一組是用原系統(tǒng)的共有26個編號丙膏，一組是用糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的共有26個編號丙膏。為減少人工誤差對數(shù)據(jù)分析的影響，每組數(shù)據(jù)去掉純度差值中三個最高值和三個最低值，得到附件中表1、表2的數(shù)據(jù)。因廠方使用的是連續(xù)助晶箱，無法進行每編號丙膏的廢蜜重力純度對比，所以在放丙膏時采樣，對丙膏進行抽蜜重力純度分析，而丙膏樣沒有進行重力純度分析，為方便計算結(jié)晶率，把丙膏抽蜜的重力純度GP換算成簡純度AP。英糖博華公司本榨季的廢蜜視純度（AP）對廢蜜重力純度（GP）的比值的平均值為0.76，固按此比例進行換算。對比兩組數(shù)據(jù)，平均結(jié)晶率差值為（35.73%-35.31%）=0.42%，說明使用本系統(tǒng)后丙膏結(jié)晶率提高0.42%。

表1 原系統(tǒng)丙膏和糖蜜數(shù)據(jù)記錄表

續(xù)表1

表2 使用在線物料稀釋系統(tǒng)丙膏和糖蜜數(shù)據(jù)記錄表

經(jīng)過數(shù)個榨季的使用，證明該系統(tǒng)對制糖生產(chǎn)具有明顯的幫助作用，新舊系統(tǒng)使用效果對比如表3所示。

表3 兩種稀釋方式的對比結(jié)果表

3 系統(tǒng)應用效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的使用有利于煮糖過程的管理、強化結(jié)晶過程的吸收、減少糖分回煮、減少煮制時間等，對煮煉回收、糖品質(zhì)量、減少蒸汽消耗均具有重要意義。

為評估系統(tǒng)對提糖率的貢獻，假設丙膏純度為57AP，則結(jié)晶率每上升1%，糖蜜純度會降1.04AP。假設甘蔗糖分14.5%，混合汁純度為85.5AP，廢蜜純度每降1AP產(chǎn)糖率提高約0.05%。綜合以上數(shù)據(jù)，使用煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)后，糖蜜純度下降：1.04×0.42=0.4368AP，則產(chǎn)糖率會提高0.05×0.4368= 0.02184%。假設產(chǎn)糖率為12.5%，則100萬噸甘蔗可多產(chǎn)糖218.4噸。白砂糖按5400元/噸計，則可產(chǎn)生效益1179360元。

按丙膏對蔗比6%計，則100萬噸甘蔗要煮丙膏38710 m3，可節(jié)約用水（38710/30）×0.233=300噸。若丙膏全抽二效汁汽，可節(jié)約蒸汽150噸，按一噸甘蔗渣產(chǎn)汽2噸來計算，可節(jié)約甘蔗渣75噸，甘蔗渣按150元/噸計，可產(chǎn)生效益11250元。

以上計算只針對乙原用于丙膏的稀釋，如果工廠中的甲原、甲洗及乙原全部裝上在線稀釋系統(tǒng)，則產(chǎn)生的效益是只裝乙原的兩倍以上（甲原、甲洗量遠比乙原量大），在此按兩倍計算，則糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的使用可產(chǎn)生經(jīng)濟效益：（1179360+11250）×2=2381220元。

除了以上的直接經(jīng)濟效益，在線稀釋系統(tǒng)還可以產(chǎn)生以下效益。

第一，不需要原料箱及稀釋箱崗位工，減少人員的相關(guān)開支。

第二，溶解了小顆粒后，大大減少了甲糖中的糖粉（某糖廠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是2～4噸糖粉/50m3甲膏），提高砂糖品質(zhì)。

第三，回收了原來外排的氨氣中的熱量。

3.2 社會效益

該技術(shù)的應用推動了甘蔗制糖的技術(shù)進步，提高制糖企業(yè)的經(jīng)濟效益，為提高我國制糖行業(yè)競爭力做出一定的貢獻；產(chǎn)生的節(jié)能效果對社會的節(jié)能減排和環(huán)境保護也有一定成效。

［1］ 陳維鈞，許斯欣.甘蔗制糖原理與技術(shù)（第四分冊）：蔗糖結(jié)晶與成糖［M］.輕工業(yè)出版社，2001.

［2］ 陳延林，韋舉兵等.煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)及其稀釋方法［P］.中國專利：ZL2012 1 0294520.9，2012.

［3］ 陳延林，韋舉兵等.煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)［P］.中國專利：ZL2012 2 0410384.0，2012.

TS244.4

B

2095-820X（2016）04-05

2016-06-20

韋舉兵（1973-），男，廣西東蘭人，工程師，主要從事制糖工程研究。

簡介：陳延林（1981-），男，廣西合浦人，工程師，研究方向：工業(yè)自動化。