立式連續(xù)助晶機(jī)在糖廠的應(yīng)用

潘文高，黃夢(mèng)瑩，黃 猛，覃志這，周慶榮，何仁東，羅煥祥，黃善紅，覃宗鈺，吳 捷，陳紅華，潘澤好，周鎮(zhèn)鋒

(1廣西來賓小平陽湘桂制糖有限公司，廣西來賓 546111；2廣西湘桂糖業(yè)集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530000)

0 前言

目前國內(nèi)甘蔗糖廠基本使用臥式間歇助晶機(jī)，實(shí)際運(yùn)行大部分采用空氣冷卻方式，無強(qiáng)制冷卻面，只靠糖膏表面和糖膏與助晶機(jī)箱體的金屬表面把熱量傳遞給周圍的空氣而進(jìn)行冷卻，冷卻速度慢，降溫時(shí)間長(zhǎng)及效果較差，設(shè)備利用率低，尤其不適合低級(jí)糖膏的助晶。廢蜜作為制糖生產(chǎn)過程中最大的糖分損失，良好的助晶效果能有效降低廢蜜重力純度，降低糖分損失，提高糖分收回。

廣西來賓小平陽湘桂制糖有限公司（以下簡(jiǎn)稱“小平陽糖廠”）生產(chǎn)能力為日榨7500 t/d，建廠以來丙膏助晶使用6個(gè)臥式間歇助晶機(jī)進(jìn)行助晶，經(jīng)核算，在現(xiàn)有助晶系統(tǒng)條件下，丙膏助晶時(shí)間僅有16 h左右且助晶效果不佳，近3個(gè)榨季以來廢蜜重力純度均保持在 41%左右。為降低廢蜜重力純度，提高糖分收回，2021年小平陽糖廠實(shí)施了助晶系統(tǒng)改造，增加了一套立式連續(xù)助晶機(jī)。

1 立式連續(xù)助晶機(jī)的構(gòu)造

1.1 連續(xù)助晶機(jī)本體結(jié)構(gòu)

立式連續(xù)助晶機(jī)由 2個(gè)罐體串聯(lián)而成，1#罐用于降溫，2#罐用于升溫，連續(xù)助晶機(jī)罐體直徑為Φ5500 mm，高度15000 mm，罐內(nèi)均勻設(shè)有換熱管，1#罐設(shè)有 24層換熱管，2#罐設(shè)有 17層換熱管，每層管之間間隔500 mm，每層換熱管的接口均在罐體外面，以避免滲漏和便于維修，換熱管用于注入冷水或熱水調(diào)節(jié)糖膏溫度。罐內(nèi)裝有垂直空心軸帶動(dòng)的多組攪拌槳葉，攪拌軸由安裝在罐頂部的渦輪蝸桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)，各攪拌槳放置于各層冷卻管之間，使糖膏有徑向的流動(dòng)和混合，攪拌葉一方面強(qiáng)化傳熱，另一方面克服糖膏黏度，促進(jìn)糖膏流動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)助晶過程溫度升降的均衡控制，罐體外均勻分布溫測(cè)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用于連續(xù)助晶系統(tǒng)，將冷卻水進(jìn)出口溫度、糖膏進(jìn)出口溫度調(diào)節(jié)自動(dòng)控制，并將罐內(nèi)各溫測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)顯集中于溫控系統(tǒng)，便于集中觀察，實(shí)現(xiàn)溫度控制精細(xì)化管理，保證糖膏溫度均勻降低，保持糖膏均衡的過飽和度，促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)。

1.2 丙糖膏助晶流程

丙膏煮制是間歇操作，為保持糖膏流動(dòng)的均衡，將原臥式助晶箱作為糖膏停留槽，丙膏煮制完成后自煮糖罐放入作為原臥式助晶機(jī)，再使用糖膏泵將糖膏泵送至立式助晶機(jī)。如圖1所示，糖膏由原臥式助晶箱泵送至1#降溫罐，再自降溫罐底部壓進(jìn)2#升溫罐，完成助晶過程后直接流進(jìn)丙膏分配槽。1#降溫罐糖膏自上而下流動(dòng)，冷卻水自下而上，2#升溫罐糖膏自下而上流動(dòng)，熱水自上而下流動(dòng)，形成逆流相對(duì)運(yùn)動(dòng)，罐內(nèi)攪拌槳水平轉(zhuǎn)動(dòng)，使得糖膏在所有換熱面均勻地相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且是逆向流動(dòng)，使糖膏和冷卻介質(zhì)有良好的傳熱效果。

圖1 立式連續(xù)助晶機(jī)設(shè)備布置圖

糖膏與換熱介質(zhì)逆向流動(dòng)，在降溫罐進(jìn)口處，熱糖膏與流出口的溫水間接傳熱，在降溫罐出口處，溫度較冷的糖膏與剛進(jìn)入的冷卻水傳熱，因而溫度差比較均勻，可使糖膏的過飽和度與糖分在晶體表面上沉積相適應(yīng)。這樣不易產(chǎn)生偽晶，提高結(jié)晶率。

2 工藝溫度的控制

2.1 降溫速度

一般情況下，丙膏放糖溫度為65～68℃，自然降溫時(shí)，糖膏溫度只能降至50～55℃，此時(shí)的糖膏母液過飽和度在1.18以上。實(shí)踐證明：助晶糖膏降溫至40℃時(shí)，母液過飽和度可達(dá)1.2以上。因此降溫越低，蔗糖析出越多，一般認(rèn)為，甘蔗糖廠最終糖膏的最適降溫速度為0.8～1.5℃/h[1]。

2.2 糖膏冷卻溫度

雖然，溫度越低，蔗糖析出越多，但溫度越低，糖膏黏度越大，蔗糖結(jié)晶的阻力越大。當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)，結(jié)晶速度緩慢，助晶效果不佳。同時(shí)黏度較大時(shí)，攪拌負(fù)荷過重，影響設(shè)備安全。

連續(xù)助晶機(jī)2個(gè)罐可容納約7～8個(gè)編號(hào)丙膏，每個(gè)編號(hào)50 m3，根據(jù)小平陽糖廠生產(chǎn)能力，每天約生產(chǎn)3～4個(gè)編號(hào)丙膏，則使用連續(xù)助晶機(jī)基本可保證約40 h的助晶時(shí)間。糖膏在1#降溫罐內(nèi)停留時(shí)間約為20 h，結(jié)合0.8～1.5℃/h的降溫速度，取1.2℃/h的降溫速度，20 h需要降溫24℃。糖膏放糖溫度在65～68℃之間，因此糖膏降溫終了溫度選擇控制在 40～45℃之間，用于降溫的冷卻水水溫控制在38～42℃之間。

2.3 糖膏加熱溫度

使用傳統(tǒng)間歇臥式助晶機(jī)丙膏助晶終了溫度約為50～55℃，從生產(chǎn)實(shí)踐來看，該溫度區(qū)間較適應(yīng)丙膏分蜜機(jī)性能，因此糖膏升溫終了溫度選擇控制在50～55℃之間，用于升溫的熱水溫度控制在53～58℃之間。

3 立式連續(xù)助晶機(jī)的使用效果

3.1 工作原理

蔗糖結(jié)晶一般通過2種方式進(jìn)行，一是通過不斷蒸發(fā)水分維持一定的過飽和度，也就是煮糖；二是通過降溫的手段使溶解度降低從而使蔗糖析出晶體并沉積在原有的晶體上，也就是助晶。丙膏作為末段糖膏，母液濃度高、純度低、黏度大，晶粒不易吸收母液中的蔗糖，因此需要有足夠的時(shí)間讓母液和晶體接觸，使結(jié)晶能夠繼續(xù)進(jìn)行。

一般丙膏的放糖溫度在65～68℃之間，到助晶終了時(shí)要求降至40℃左右，這樣的溫度降，需在有冷卻面的助晶機(jī)用18～24 h才能完成。立式連續(xù)助晶系統(tǒng)垂直安裝，占地面積小，容量大，保證了足夠的助晶時(shí)間。罐內(nèi)糖膏自上而下流動(dòng)，冷卻水自下而上流動(dòng)，形成逆向流動(dòng)，同時(shí)輔以適當(dāng)?shù)臄嚢瑁固歉嘤形恢玫囊苿?dòng)，保證糖膏在所有冷卻面上均勻、逆流地相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳熱速度與結(jié)晶速度相適應(yīng)，最大限度降低母液純度。在助晶末期分離前進(jìn)行升溫，以降低糖膏黏度易于分蜜。

降溫過程中，由于母液溫度下降會(huì)造成母液的黏度下降造成糖膏流動(dòng)性不良，在開榨初期也曾出現(xiàn)過立式連續(xù)助晶機(jī)攪拌機(jī)渦輪溫度高，初步判斷由于糖膏溫度下降，流動(dòng)性較差，同時(shí)攪拌轉(zhuǎn)速難以調(diào)節(jié)等導(dǎo)致攪拌機(jī)負(fù)荷過重。為解決這個(gè)問題，增加變頻器控制攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)使用觀察，整個(gè)榨季變頻器頻率設(shè)定在15 Hz，丙膏放入立式助晶機(jī)最初4 h內(nèi)，變頻器電流顯示為17.7 A，16 h后電流顯示為18.0 A，安裝變頻器控制后，雖電流有一定增加，但渦輪溫度偏高問題得到解決。

3.2 立式連續(xù)助晶機(jī)優(yōu)點(diǎn)

2021/22年榨季經(jīng)投入使用立式連續(xù)助晶機(jī)達(dá)到了預(yù)期效果，使用效果良好，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

一是容量大，按換熱面積高度計(jì)算，可以容納8個(gè)編號(hào)的丙糖膏，有效解決了傳統(tǒng)臥式助晶機(jī)容積小，助晶時(shí)間不夠的問題。

二是傳熱效果良好，冷卻速率與結(jié)晶速率匹配。糖膏與降溫的冷水、糖膏與升溫的熱水為逆向流動(dòng)，同時(shí)配套有連續(xù)攪拌系統(tǒng)，能夠使糖膏充分混合。

三是操作簡(jiǎn)單。配套的降溫和升溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)所設(shè)置的水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中降溫的冷水溫度控制在38～43℃之間，升溫的熱水溫度控制在53～58℃之間，并根據(jù)使用期間的天氣情況來調(diào)節(jié)溫度。

3.3 應(yīng)用效果

2019/20～2021/22年榨季廢蜜重力純度數(shù)據(jù)對(duì)比見表 1，從具體的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，廢蜜重力純度有較大幅度降低。

表1 近3個(gè)榨季廢蜜重力純度對(duì)比

從不同榨季的廢蜜重力純度來看，2019/20年榨季和2020/21年榨季廢蜜重力純度平均值為41.61%，2021/22年榨季廢蜜重力純度比前2個(gè)榨季廢蜜重力純度平均值降低了 2.79%。近 3年，小平陽糖廠在工藝路線以及煮糖配料等方面沒有重大變化，2021/22年榨季廢蜜重力純度有效降低是實(shí)施立式連續(xù)助晶機(jī)改造的直接效果。

同個(gè)榨季生產(chǎn)期立式連續(xù)助晶機(jī)使用情況對(duì)比見表2。2021/22年榨季未使用立式連續(xù)助晶機(jī)階段的廢蜜重力純度平均值為40.79%，使用立式連續(xù)助晶機(jī)階段的廢蜜重力純度平均值為37.99%，使用立式連續(xù)助晶機(jī)廢蜜重力純度降低 2.80%，按糖廠2021/22年榨季入榨甘蔗總量61.5萬t，桔水錘度90°Bx，桔水產(chǎn)率3.10%，煮煉收回率90%計(jì)算，折產(chǎn)糖率 615000×3.10%×90%×2.80%×0.9/615000=0.07%，折產(chǎn)糖量約430 t。

表2 2021/22年榨季立式連續(xù)助晶機(jī)使用情況對(duì)比

3.4 對(duì)分蜜操作和助晶管理的影響

使用立式連續(xù)助晶機(jī)后，升溫罐能將糖膏溫度升至50～55℃，進(jìn)入丙糖分蜜機(jī)前的糖膏流速與使用臥式助晶機(jī)基本無變化，丙膏篩分操作正常。

使用傳統(tǒng)臥式助晶機(jī)對(duì)丙膏助晶時(shí)，需要直接往糖膏里加水助晶，煮糖工需要定時(shí)到助晶箱查看加水情況，助晶效果不佳。使用立式連續(xù)助晶機(jī)后，將溫控系統(tǒng)安裝在丙糖煮制崗位附近，可實(shí)現(xiàn)就近實(shí)時(shí)對(duì)助晶過程進(jìn)行監(jiān)控管理，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，有效地提高助晶效果。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益

2021年小平陽糖廠實(shí)施立式連續(xù)助晶機(jī)改造，投入資金成本約450萬元，如上述廢蜜重力純度降低2.80%，折產(chǎn)糖量約430 t，按白砂糖市場(chǎng)價(jià)5500元/t計(jì)算，可多產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益237萬元，2年即可收回成本。

4 立式連續(xù)助晶機(jī)的改進(jìn)

2021/22年榨季立式連續(xù)助晶機(jī)投入一個(gè)榨季使用后，在正常榨量情況下使用效果良好，但在連續(xù)陰雨天氣，連續(xù)保持小榨量生產(chǎn)時(shí)，物料量少，丙膏在罐內(nèi)時(shí)間過長(zhǎng)，容易發(fā)酵轉(zhuǎn)化；在榨季收尾或者春節(jié)洗機(jī)處理物料時(shí)，低于糖膏出口的糖膏只能走短路通過糖膏泵進(jìn)行處理，不能有效地經(jīng)過降溫升溫的助晶過程，期間廢蜜重力純度偏高，損失了部分糖分。在2#升溫罐3500 mm處再增加一個(gè)糖膏出口，可很好適應(yīng)低榨量或收尾期丙膏的處理。

5 結(jié)語

從立式連續(xù)助晶機(jī)的工作原理來看，助晶過程降低廢蜜重力純度的因素主要有2點(diǎn)：一是保證足夠的助晶時(shí)間；二是保證一定的糖膏冷卻溫度。若是使用傳統(tǒng)的臥式助晶機(jī)串聯(lián)起來使用，保證一定的助晶時(shí)間，并采用一定的降溫方法對(duì)糖膏進(jìn)行降溫，也是有可能達(dá)到同樣的助晶效果。目前也有糖廠將原有的臥式助晶機(jī)串聯(lián)使用，但未對(duì)換熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，助晶效果有一定提升，但未能達(dá)到立式連續(xù)助晶系統(tǒng)助晶的效果。

立式連續(xù)助晶系統(tǒng)在助晶時(shí)間、助晶效果相對(duì)傳統(tǒng)的臥式助晶機(jī)有明顯的優(yōu)勢(shì)，在降低廢蜜重力純度有比較顯著的效果，對(duì)制糖行業(yè)中末段糖膏的糖分收回具有較大的促進(jìn)意義。同時(shí)立式連續(xù)助晶系統(tǒng)豎立安裝，占地面積少，又可安裝在廠房之外，對(duì)擴(kuò)建廠增加生產(chǎn)能力適應(yīng)性強(qiáng)，具有很大的推廣前景。