糖廠應(yīng)對(duì)機(jī)械砍收甘蔗生產(chǎn)處理的探討

蘇喜德

（廣西來賓湘桂糖業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來賓 546100）

近年來我國(guó)的務(wù)農(nóng)人口呈現(xiàn)數(shù)量大幅下降和老齡化增加的趨勢(shì)，甘蔗生產(chǎn)及收割機(jī)械化成為了甘蔗糖業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。目前甘蔗種、砍、收機(jī)械化水平不斷提高，廣西的甘蔗種植已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化，在砍收方面有全徑砍收和分段式砍收兩種方式；在機(jī)械裝車方面，有條件的區(qū)域基本實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械裝車，條件相對(duì)落后的也在逐步推行機(jī)械裝車。但是推廣甘蔗機(jī)械化收割裝運(yùn)又對(duì)甘蔗糖廠的生產(chǎn)帶來了新的問題——機(jī)械化收割裝運(yùn)導(dǎo)致甘蔗雜質(zhì)較多。機(jī)收蔗帶有較多的泥沙和蔗葉，這導(dǎo)致糖廠在生產(chǎn)處理中出現(xiàn)了設(shè)備磨損大、產(chǎn)品質(zhì)量受影響和收回降低等問題［1］。在當(dāng)前甘蔗糖廠“一步法”制糖的工藝條件下，帶梢?guī)~的整稈機(jī)收方式既無法滿足壓榨設(shè)備生產(chǎn)條件，也無法滿足制糖技術(shù)指標(biāo)條件，所以必須盡量減少入榨甘蔗的梢葉含量［2］。制糖工藝落后也是制約甘蔗機(jī)械化發(fā)展的主要因素。當(dāng)前采用傳統(tǒng)“一步法”工藝的70多家制糖企業(yè)均對(duì)切段式機(jī)收蔗數(shù)量設(shè)置上限，一般不超過總收購(gòu)量的5%［3］，主要還是生產(chǎn)內(nèi)部對(duì)于含雜質(zhì)較多的機(jī)收甘蔗處理存在困難。

1 應(yīng)對(duì)甘蔗機(jī)械砍收處理措施

1.1 甘蔗除雜措施

人工砍收剝?nèi)~去梢的“凈稈”蔗含雜率1%左右，而切段機(jī)收原料蔗中混入的雜質(zhì)和泥土高達(dá)7%～15%［1］，如遇雨天或潮濕天氣，機(jī)收甘蔗質(zhì)量更差，黏土蔗區(qū)甘蔗含雜率可高達(dá)20%~25%。因此對(duì)機(jī)收蔗進(jìn)行除雜處理很有必要。

目前國(guó)內(nèi)外糖廠除雜的方式包括濕法除雜和干法除雜，國(guó)內(nèi)甘蔗糖廠主要采用干法除雜。根據(jù)設(shè)備改造情況，甘蔗除雜措施主要有以下幾種。

一是在原有傳統(tǒng)喂蔗臺(tái)開孔、開洞增加泥沙分離通道，或者將原喂蔗臺(tái)除鏈條區(qū)域外均改成柵條形式，通過此類方法除去部分泥沙、蔗葉等雜質(zhì)。此法除雜率較低，一般低于0.2%對(duì)蔗比，但成本最低。

二是進(jìn)行喂蔗短帶除雜改造，增加篩條式除雜系統(tǒng)，配合打散機(jī)及振動(dòng)的篩條，除雜效率可達(dá)到0.5%對(duì)蔗比。但篩條式除雜系統(tǒng)造價(jià)一般在幾十萬左右，成本較高。

三是進(jìn)行喂蔗短帶除雜改造，增加滾筒式除雜系統(tǒng)。該法通過二次回流可將已除去的蔗頭和碎蔗再次返回蔗帶中，減少甘蔗損失，且除雜效率較高，一般可以達(dá)到0.8%～1.2%對(duì)蔗比［4］。但該法的運(yùn)動(dòng)部件較多，使用時(shí)間長(zhǎng)容易出現(xiàn)滾筒磨損和機(jī)械故障，且滾筒式除雜系統(tǒng)造價(jià)高，一般在百萬元以上。

1.2 甘蔗預(yù)處理

甘蔗帶入的泥沙及細(xì)菌等會(huì)隨甘蔗壓榨而進(jìn)入蔗汁，為了有效抑制細(xì)菌繁殖，必須改變傳統(tǒng)的單點(diǎn)預(yù)灰方式。因此，可在撕解機(jī)入口前進(jìn)行石灰噴灑，使得甘蔗破碎后部分直接與石灰水接觸；此外，可在第1、3、5座榨機(jī)蔗汁槽進(jìn)行多點(diǎn)加灰。根據(jù)甘蔗夾帶異物量，控制對(duì)應(yīng)榨機(jī)座加灰后pH值為7.0、8.5、11.0或者7.0、8.0、9.0兩組參數(shù)，確?；旌现c初壓汁純度差控制在1AP以內(nèi)，使整個(gè)壓榨機(jī)列呈中性或堿性，從而更能有效抑制細(xì)菌的繁殖。

1.3 甘蔗澄清工藝

1.3.1 傳統(tǒng)澄清工藝控制

目前甘蔗糖廠常用的清凈工藝主要有亞硫酸法、碳酸法兩種，其中亞硫酸法又分為磷酸亞硫酸法、酸性亞硫酸法、堿性亞硫酸法、中性亞硫酸法和中間汁亞硫酸法五種。磷酸亞硫酸法是目前各糖廠普遍采用的方法，該法主要利用SO2、石灰、磷酸等澄清劑相互反應(yīng)生成亞硫酸鈣和磷酸鈣沉淀物，借助亞硫酸鈣和磷酸鈣的網(wǎng)絡(luò)絮凝作用進(jìn)行除雜，但該法的澄清效果一般，清混汁重力純度差小于1.5 GP。

1.3.2 中灰工藝控制

中灰工藝主要是控制硫熏前的混合汁pH值在8.0~8.5區(qū)間的等電點(diǎn)，增強(qiáng)中和反應(yīng)效果，使雜質(zhì)分離達(dá)到最佳效果［5］。中灰工藝控制流程圖，如圖1所示。云南省多數(shù)糖廠采用中灰/高灰澄清工藝，效果顯著；廣西部分糖廠使用該工藝也取得了良好的效果。

圖1 中灰工藝控制圖

1.3.3 煙氣飽充+中灰工藝控制

煙氣飽充中灰工藝已實(shí)踐多年，并取得較好效果。該工藝借鑒碳法工藝，通過煙氣引入二氧化碳與蔗汁中的鈣離子結(jié)合生成碳酸鈣沉淀物。與傳統(tǒng)工藝相比，中灰工藝能達(dá)到更佳的澄清脫色和除雜效果。CO2對(duì)中和汁進(jìn)行飽充的原理如下。

二氧化碳與水混合生成碳酸，碳酸在遇到氫氧化鈣后反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，形成微細(xì)的沉淀顆粒，表面吸附性強(qiáng)。同時(shí)，新生成的碳酸鈣微粒表面帶正電，有利于吸附帶負(fù)電的非糖雜質(zhì)，且碳酸鈣的比重為2.93，遠(yuǎn)大于水和糖汁，在快速沉降器中碳酸鈣隨吸附的雜質(zhì)快速沉降排出，從而提高澄清效果［6］。煙氣飽充工藝要求煙氣中二氧化碳濃度達(dá)到9%~12%，經(jīng)多次測(cè)試，鍋爐負(fù)荷要在80%以上才能較好達(dá)到這個(gè)煙氣指標(biāo)。該工藝流程，如圖2所示。

圖2 煙氣飽充中和汁工藝圖

1.3.4 各種工藝組合實(shí)踐對(duì)比

廣西來賓湘桂糖業(yè)有限責(zé)任公司已于2019年開始部分甘蔗機(jī)械收割、全部甘蔗機(jī)械裝車。但因機(jī)械砍收的甘蔗所帶的雜質(zhì)較多，使得中灰工藝和煙氣飽充+中灰工藝在實(shí)踐中均未能達(dá)到預(yù)期的除雜和澄清脫色效果，因此，在2021/2022年榨季期間在不同階段進(jìn)行了工藝對(duì)比查定，摸索最佳應(yīng)對(duì)工藝，如表1所示。

從表1可知，采用傳統(tǒng)常規(guī)工藝，清混汁重力純度差為1.61~1.75 GP，整個(gè)澄清過程最終清糖漿與初壓汁純度差為0.47~0.62 AP，對(duì)比其他三種工藝的澄清效果最弱。因此，傳統(tǒng)工藝難以適應(yīng)機(jī)械砍收后的甘蔗生產(chǎn)的需求。采用中灰+飽充工藝時(shí)，清混汁重力純度差均為最高，澄清效果最佳。飽充時(shí)pH值為7.8~8.0之間，溫度為65~70℃，飽充時(shí)間約為40秒，飽充后中和汁pH值降低了0.1~0.2，清汁流出快速沉降器時(shí)的pH值為7.4~7.6。在等電點(diǎn)的堿性條件下使煙氣與蔗汁在飽充罐中劇烈撞擊后充分反應(yīng)是該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。操作時(shí)要盡可能縮短蔗汁在堿性條件下的停留時(shí)間，加快物料進(jìn)入下一個(gè)流程。單獨(dú)使用中灰工藝時(shí)，澄清效果良好，已有部分糖廠使用后獲得3~4 AP的清混汁純度差。因此，在無煙氣飽充系統(tǒng)或鍋爐煙氣不滿足二氧化碳濃度指標(biāo)要求時(shí)，也可以使用中灰工藝代替。

表1 2021/2022年榨季不同澄清工藝方案的對(duì)比情況

1.3.5 糖漿上浮或硫漂工藝

糖漿上浮和糖漿硫漂的工藝選擇，主要取決于清汁的澄清效果，若清汁色值在1500 IU以下，濁度低于100 MAU，則可得到品質(zhì)較好的一級(jí)白砂糖；若清汁色值超過2000 IU，濁度在150~200 MAU內(nèi)波動(dòng)，則建議使用糖漿上浮工藝來進(jìn)一步降低糖漿色值和黏度，既除去了部分雜質(zhì)，又適當(dāng)降低了糖漿的pH值使之呈微酸性［7］。因采用煙氣飽充+中灰工藝基本可以穩(wěn)定清汁色值在1100~1500 IU之間，濁度在50~120 MAU之間，建議采用硫漂工藝進(jìn)行微硫熏以達(dá)到降低糖漿黏度和煮糖需要的pH值。

2 結(jié)論

甘蔗全程機(jī)械化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，甘蔗砍收階段帶來的生產(chǎn)工藝處理困難的問題，關(guān)鍵還要在源頭進(jìn)行解決。比如升級(jí)甘蔗機(jī)收的機(jī)器減少泥沙的夾帶、加大蔗葉分離、改善撕解機(jī)的刀型減少甘蔗碎片的產(chǎn)生等，既符合蔗農(nóng)需求也能提高糖廠的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過幾個(gè)榨季的摸索實(shí)踐，采用甘蔗篩條式除雜+多點(diǎn)加灰預(yù)處理+中灰（有條件時(shí)進(jìn)行中和汁煙氣二氧化碳飽充）工藝等一系列有效措施，可以較低的成本有效解決甘蔗機(jī)械化砍收帶來的泥沙、蔗葉和其他雜質(zhì)帶來的生產(chǎn)問題，減少蔗糖轉(zhuǎn)化，提高澄清效率，通過較小的改動(dòng)適應(yīng)了行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，為企業(yè)降低成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了保障。