臥式連續結晶罐在蔗糖生產中的應用

甘耀明

（廣西農墾糖業集團金光制糖有限公司，廣西 南寧 530042）

臥式連續結晶罐是一種新型的制糖結晶設備，是糖廠生產煮糖工段主要用于煮制丙糖羔的設備，蔗糖結晶過程是一個對能源使用要求較高、耗能較大的一道工序，是制糖工業生產中很重要的一個環節。糖廠傳統的結晶過程由單罐煮制完成，其結構性能決定了該設備能源要求高，耗能大，這顯然與現代化大規模工業生產是很不匹配的。煮糖采用連續結晶工藝有利于整個生產過程的控制和管理。丙糖膏采用臥式自動連續結晶罐，可用蒸發低壓蒸汽，耗能低，糖膏處理量大，工藝指標控制穩定，對降低生產成本、提高效益有明顯的效果。下面主要討論臥式連續自動煮糖罐在生產中應用的情況。

1 臥式連續結晶罐的結構及工作原理

1.1 臥式連續結晶罐的結構

臥式連續結晶罐是改進型的新式煮糖罐，該罐分為 10個室，汽鼓設計成單元式，以利于在不同的蒸汽壓力下操作。用垂直加熱管， 管徑l02mm，長度1500mm；蒸汽進人汽鼓進行加熱，冷凝水由底部若干個管排出，在汽鼓底部的各室人料，用蒸汽來鋪助攪拌。該連續結晶罐的規格及結構如下。

名稱 室數（個） 主體規格（m） 有效體積（m3） 加熱面積（m2）數量 10 4.75×13.35 115 1078

結構及糖膏流向圖

1.2 連續結晶罐的工作原理

連續結晶是把傳統單罐結晶過程中的抽種、入料養晶、煮水和濃縮等各個操作階段放在同一設備的不同部位同時進行，免去諸如卸糖和洗罐等許多輔助操作。糖膏憑自身的重力通過室與室之間的通道進入下一室，每一室都有各自的入料管和自控裝置。排料堰可變，可調節糖膏液位高度，所煮制的糖膏向著一個方向流去，混合良好，循序漸進，避免物料走短路，減少了混晶或晶體滯留現象的發生，種子的加人采用種子泵輸送。

工藝原理圖

2 臥式連續結晶罐的技術特點

蔗糖晶體結晶過程是一個復雜的過程，傳質和傳熱同時進行，要獲得良好的結晶效果，必須為蔗糖結晶過程提供一個良好的結晶環境，連續結晶的技術措施已為這些方面進行考慮。

2.1 煮制過程的對流循環

動態結晶比靜態結晶的結晶速度要大得多，而對流循環良好的煮糖罐比對流循環差的煮糖罐的結晶這度要快得多。連續結晶罐煮制時采用低液面操作，靜壓效應影響較少，容易形成自然循環狀態。同時采用蒸汽進行攪拌，在連續結晶罐的每一個室的底部加裝一個噴汽分配室，每一個分配室都能調節入汽大小，分配室內每一個孔與原加熱管相對應，蒸汽通過這些孔向上對著每一根加熱管，分汽均勻；因此，每根加熱管都有大量的汽泡逸出糖膏蒸發面，從而達到自然循環與強制循環相結合的效果，在罐內形成了劇烈的對流循環，傳熱系數大大地提高，加熱管內外的溫差大大地減少，傳質和傳熱效果都良好，煮糖時間大大縮短。

2.2 煮制過程糖膏的流動性

蔗糖連續結晶由于把傳統間隙式結晶過程中的抽種、入料、養晶、煮水和濃縮等各個操作階段放在同一設備的不同部位同時進行，并且是漸進地、按順序地進行，這樣就要求糖膏在連續結晶罐內的流向性良好，向著一個方向流動，混合良好，避免物料走短路、混晶或晶體滯留現象的發生。為此，在結構上把連續結晶罐分為10個室，各結晶室截然分開，糖膏只能憑靠自身重力通過中間通道才能進人下一室，確保了糖膏流向的單向性（如下圖4-1所示）。同時罐內制作成弧形，力求減少死角，使糖膏流向好

2.3 儀表自動化控制

儀表自動控制與連續結晶罐的結合，使連續結晶罐的優良性能更充分地發揮出來。連續煮糖罐備有自動控制裝置，罐內電導儀探頭間接側定過飽和度，對入料量、蒸汽壓力和真空度等主要工藝參數進行自動控制。連續結晶罐的自動化控制系統主要針對10個隔室中4大指標進行控制，即真空、入料、蒸汽、錘度。

在生產使用中，電導儀探頭常常積有糖垢，影響測量參數的準確性，進而影響到自動控制操作的準確性等等，因此，探頭制作成可以自由取出的方式，要求每隔4-6h取出清潔一次采用了儀表自動控制系統，使探頭傳遞的信息是正確地反映所煮制糖膏的信息，使自動控制系統能正確地工作，從而能正確地對入料量和糖膏濃度進行有效的控制操作。實踐證明，采用自動控制系統進行強化后，所煮制的糖膏濃度穩定，沒有在煮制過程中因為糖膏過濃而起偽砂，也沒有因為中間糖膏過稀或蒸汽壓力過大而溶砂的現象。

2.4 工藝設備配套完善

工藝方面強化配套設施的完善和工藝的改進，在澄清過程中力求操作控制穩定，獲得較好的澄清效果，提高蔗汁的純度，從而提高糖漿純度，以利于減少結晶過程中的雜質效應，達到提高收回、增加效益的目的。

2.5 人料控制較高的溫度

采用高溫入料是最簡單的強化方式。一般的間隙式結晶罐進料溫度可以比罐內糖膏的溫度高 3～5℃ 然而，由于連續結晶罐所煮制的糖膏能形成劇烈的對流循環，加熱管內外的溫度差小，用汁汽作熱源,因此入料溫度可以比罐內糖膏溫度高5～7℃，這些溫度較高的物料進罐后產生自蒸發，大量的汽泡瞬間產生，并欲逸出糖膏蒸發面，從而增強了罐內糖膏的對流循環。因此，在種子入料管上設計安裝有一臺套管式加熱器，對入料糖膏進行加熱，以提高入料溫度。

2.6 自動煮制高質量的種子

連續結晶罐所需要的種子是在間歇式結晶罐準備的，種子由輸送泵根據罐內所需要的種子量泵到第1個室。由于連續結晶罐煮制過程中不入水，第一室直接入糖漿，沒有如同間歇式煮糖罐那樣先入水進行洗砂整理這一階段，因此種子膏的質量對連續結晶罐的操作至關重要。如果種子的質量差時，連續煮糖罐很難整理過來，會造成糖晶粒均勻度差，分蜜困難，收回率低。所以種子膏必須保持晶粒的均勻性，不能有偽砂或幼砂。種子膏煮制過程采用自動控制方式，泵送種子膏采用特殊的輸送泵，盡量減少種子在輸送過程中被磨碎。

3 連續結晶罐的應用效果

3.1 連續結晶罐的使用情況

連續結晶罐采用了自動化控制裝置，確保了所煮制的糖膏向著一定的方向流動，循序漸進，沒有物料走短路，糖膏在罐內形成劇烈的對流循環，罐內的糖膏沒有混晶、滯留現象，所煮制的糖膏均勻度好。

連續結晶罐所煮制的糖晶粒均勻度比傳統間隙式結晶罐煮制的糖的均勻度差一些，這是因為連續結晶罐還存在著滯晶現象，以及連續結晶所用的種子是用泵來輸送的，造成種子在輸送過程中磨碎，連續結晶時沒有洗砂整理這一過程，而是全部入糖漿煮制。但是，由于連續結晶罐的加熱面與糖膏體積比在整個過程中都保持不變，使蔗糖晶體可以在最大的生長速度條件下成長，同時糖膏能形成劇烈的對流循環，過飽和度均勻穩定，另外，使用了儀表自動控制操作，采取連續人料，逐步濃縮的方法。因此，煮制過程中極少出現糖膏過濃，過飽和度過高而出現偽砂幼晶現象，也極少出現糖膏過稀而溶砂現象。

連續結晶罐煮制時，糖膏液位低（只高于加熱管板面300mm）且固定不變， 保持穩定，克服了高液位靜壓頭的不良效應，兼以采用蒸汽進行攪拌，形成劇烈的對流循環，加熱體內糖膏與加熱蒸汽溫差明顯減小，傳熱系數大，傳熱快，因此汽鼓內壓力小，有利于抽取汁汽，可以使用低品位的蒸汽作為熱源，即蒸發系統的二、三效汁汽，都能保持罐內糖膏良好的循環，，用汽均衡，減少煮糖時間，糖膏在罐內停留大約3～4h， 從而提高了產品質量和降低能耗，減少積垢，生產期間不需沖洗，減少了沖罐時間和費用。

3.2 連續結晶罐與傳統間隙式結晶罐的使用效果對比

（1）使用100立方米臥式連續煮糖罐達到平衡生產節約能耗、降低蒸汽與蔗比提高蔗渣打包率，增加經濟效益的目的。根據金光制糖有限公司使用臥式連續結晶罐的統計數據表明；利用蒸發 2、3#效汁汽來煮丙糖，丙糖羔煮制耗用蒸汽與蔗比可以降到8%以下。原有四臺傳統間隙式結晶罐丙糖羔煮制耗用蒸汽與蔗比12%，對比汽耗相差值4%。按總榨量60萬噸，日榨量7200噸計算（噸標煤產蒸汽8噸；噸標煤相當于3.5噸蔗渣）：

可節蔗渣：600000×（12%-8%）×3.5/8=10500噸(折標煤∶3000噸)

蔗渣打包率可以提高：10500/600000=1.75%

按噸蔗渣400元計算可產生的直接經濟效益為420萬元.

（2）減少人工費用，降低生產成本。原有四個丙糖結晶罐需每班4個煮糖工，三班共12人；使用臥式連續結晶罐后每班1人，三班3人，可減少人員9個，按人均年收入3萬元計算，則可節約開支27萬元。

（3）連續平衡穩定丙糖羔的煮制加快物料快進快出，最大限度地減少糖份的轉化，提高丙糖結晶率,降低廢蜜重力純度，提高煮煉收回和產糖率，從而達到增加經濟效益的目的。

表1 近幾年我廠廢蜜重力純度平均值統計數

從表1可以看出近幾年來丙糖煮制操作過程損失糖份是較大的，證明有較多的糖份被桔水帶走導致了桔水純度的升高，造成了經濟效益的損失。使用連續自動丙糖結晶罐后，達到提高丙糖結晶率、降低桔水重力純度，提高煮煉收回增加效益。按總榨量60萬噸，日榨量7200噸計算，臥式連續丙糖結晶罐廢蜜重力純度平均下降 1.08GP，廢蜜產量 3.2%不變，廢蜜錘度90BX。可多收回糖分： 600000×3.2%×1.08%×90%=186.6(噸糖)

4 小結

連續結晶過程把傳統間隔式結晶過程中的抽種整理、入料養晶、濃縮等各個操作階段放在同一設備的不同部位同時進行，免去了卸糖、洗罐等補助時間。因此，連續結晶與間隔式結晶罐相比，有著很多優點。

（1）與傳統間隔式結晶罐相比，煮制時充分利用了罐的供熱面積和煮糖容積，加大了蒸發空間，在同等容積下，煮制率明顯提高。

（2）在全部煮制過程中，因各段工序得以精確地控制，所以母液中無效晶體的產生得以很好的控制。

（3）因為罐內的溫度低，總體來說其液體的靜壓力就低，保證了糖膏的溫度低于母液，其結果就是有效地避免了蔗糖的流失。

（4）采用蒸發罐汁汽分路蒸發的原理，明顯減少了汁汽的用量。并且，連續煮制過程中有效地控制了蒸汽壓力、真空度，從而保證了過飽和度處于最佳狀態。

（5）與傳統間隔式結晶罐相比，減少了放糖、投粉或清洗結晶罐等環節，最大限度地節省了生產時間。

（6）冷凝器、真空泵及其它相關配套設備使用量減少，從而節省了占地，減少了前期投入。

（7）采用了完善的自動控制系統，整個煮制過程得以簡化，各項技術指標得以更精確地控制，減少糖膏在罐體內的停留時間，最大限度地提高煮煉收回，煮制出高質量的產品。

（8）連續結晶罐系統是一種新的科技設備，技術含量高，實現了煮制過程自動化，目前已在蔗糖生產中推廣應用。

[1] 陳曉斌.黃俊生.試論甘蔗糖廠現階段能耗的合理水平[J].甘蔗糖業,2006(4):18-22.

[2] 陳維鈞,等.煮糖結晶與成糖[M].北京:中國輕工業出版社,405-406.