制糖生產(chǎn)過程中清汁pH值測(cè)定方法的探析

陳 俊

（廣西來賓東糖桂寶有限公司，廣西 來賓 426137）

0 前言

甘蔗制糖是以甘蔗作為主要原料，經(jīng)過多種工序制成白砂糖、赤砂糖等產(chǎn)品的過程。甘蔗壓榨是將預(yù)處理的甘蔗原料利用壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨，壓榨出來的蔗汁中含有很多雜質(zhì)，必須經(jīng)過過濾等工序?qū)ζ溥M(jìn)行處理后得到清汁［1］。清汁是澄清沉淀池出來的糖汁，其中pH值控制貫穿了整個(gè)生產(chǎn)的工藝流程，而澄清中和崗位對(duì)清汁pH值的控制是關(guān)鍵的控制指標(biāo)之一。因此，在生產(chǎn)中科學(xué)確定清汁的pH值指標(biāo)才能使澄清效果更加符合工藝要求。化驗(yàn)室采樣分析的pH值與澄清中和崗位分析的pH值，都與流程中的實(shí)際pH值有偏差，如果差值較大，操作工按照與實(shí)際相差較大的pH值進(jìn)行清汁崗位操作，那這段時(shí)間的清汁指標(biāo)就受到影響，甚至?xí)斐沙恋沓胤胖щy等生產(chǎn)故障，進(jìn)而影響下一工序的生產(chǎn)。因此在制糖生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制清汁pH值在指定范圍內(nèi)，它是制糖生產(chǎn)中應(yīng)重視的重要環(huán)節(jié)之一。

1 清汁pH值的測(cè)定

一般糖廠對(duì)清汁進(jìn)行清凈處理并加入石灰是控制清汁pH值處于規(guī)定的指標(biāo)范圍的主要方法，清汁pH值的穩(wěn)定控制涉及到整個(gè)澄清工藝的穩(wěn)定，也是關(guān)鍵的控制指標(biāo)之一。

1.1 測(cè)定清汁pH值的兩種方法

在制糖生產(chǎn)過程中，測(cè)定清汁pH值主要有兩種方法，第一種方法是崗位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定分析，取一定量的清汁倒入兩支試管中，其中一支加入定量的溴龍溶液后充分搖勻，通過與化驗(yàn)室配制的不同pH值的“標(biāo)準(zhǔn)pH管”的顏色進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)試管中溶液顏色相近的“標(biāo)準(zhǔn)pH管”的pH值粗略判斷出清汁樣液的pH值，另外一支試管作配合觀察用；第二種方法是化驗(yàn)室采樣分析，清汁采樣后需冷卻至常溫，再用酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，儀器直接測(cè)出其pH值。

在這兩種方法中，崗位現(xiàn)場(chǎng)分析pH值時(shí)，一般是在沉淀池放汁處采樣后，直接倒進(jìn)試管進(jìn)行分析試驗(yàn)，通常不會(huì)考慮所取樣液的溫度問題，也沒有測(cè)量分析比色時(shí)樣液的溫度，因此沒有進(jìn)行溫度校正。而化驗(yàn)室分析法雖然有溫度校正，但也僅僅是對(duì)用酸度計(jì)測(cè)定樣液pH值時(shí)的溫度校正，得到的是測(cè)定時(shí)該溫度下樣液的pH值，并不是樣液在生產(chǎn)中沉淀池內(nèi)約100℃高溫時(shí)的清汁pH值。在實(shí)際生產(chǎn)中，崗位分析所得的清汁pH值與化驗(yàn)室分析所得的pH值往往會(huì)有偏差，在廣西來賓東糖桂寶有限公司崗位分析的清汁pH值要比化驗(yàn)室分析的稍低，相差0.3左右，如表1所示。

表1 化驗(yàn)室與澄清中和崗位分析所得的pH值比對(duì)表

1.2 酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償校正

在化驗(yàn)室分析清汁pH值時(shí)，一般是采用酸度計(jì)來測(cè)量樣液pH值，常用的酸度計(jì)雖然型號(hào)較多、結(jié)構(gòu)各異，但它們的測(cè)定原理相同。由于電極系統(tǒng)固有的不對(duì)稱電位、液體電位、環(huán)境溫度等因素影響，清汁pH值測(cè)得的顯示值與實(shí)際值有一定的偏差。

為了減少清汁pH值的檢測(cè)誤差，pH值有一個(gè)溫度校正補(bǔ)償［2］。pH值的溫度補(bǔ)償包含三部分，一是電極斜率的溫度補(bǔ)償；二是樣液溫度補(bǔ)償；三是電極零點(diǎn)（包括測(cè)量電極和參比電極）的溫度補(bǔ)償。在實(shí)際操作中雖然溶液的溫度項(xiàng)和電極零度溫度項(xiàng)無法確定，但是引起的誤差很小，可以忽略不計(jì)。而pH值上設(shè)置的溫度補(bǔ)償只是補(bǔ)償電極的斜率項(xiàng)，是將電極在標(biāo)定溫度下得到的斜率按能世特公式換算到當(dāng)前溫度下的斜率，從而得到當(dāng)前溫度下準(zhǔn)確的pH值，而pH值的溫度補(bǔ)償不是指測(cè)試時(shí)將樣液的pH值補(bǔ)償?shù)?5℃，而是指對(duì)電極的溫度補(bǔ)償。因?yàn)橐獪y(cè)量樣液的準(zhǔn)確pH值，應(yīng)確保樣液測(cè)量時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)pH值緩沖液在同一溫度下校準(zhǔn)，所以要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和斜率補(bǔ)償［3］。

因此測(cè)量時(shí)的溫度建議校準(zhǔn)在25℃左右，就是把清汁測(cè)定時(shí)的溫度校準(zhǔn)到與校準(zhǔn)酸度計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)緩沖劑溶液的溫度相一致，即化驗(yàn)室測(cè)量所得的pH值是樣品清汁在校準(zhǔn)該酸度計(jì)時(shí)所用標(biāo)準(zhǔn)緩沖劑同一溫度下的pH值，并非該清汁在生產(chǎn)中的真實(shí)pH值。

2 溫度對(duì)pH值的影響

由于同一溶液不同溫度時(shí)pH值不同，通過實(shí)驗(yàn)分析其溫度在20～100℃之間時(shí)，pH值與溫度的關(guān)系一般是線性關(guān)系。

式中，pH為t溫度下清汁的pH值；△pH/△t為平均溫度常數(shù)，它表示溫度每升高1℃所降低的平均pH值，該常數(shù)與清汁本身的特性有較大的關(guān)系，不同的地方不同的時(shí)段有一定的差別，一般亞硫酸法糖廠的△pH/△t值為0.005～0.009［2］。

在生產(chǎn)中，清汁pH值往往要高于中和pH值約0.1～0.3，這主要與石灰乳的質(zhì)量和中和反應(yīng)設(shè)備有很大關(guān)系。清汁pH值的高低對(duì)色值有較大的影響，pH值低時(shí)過濾出的清汁顏色淺，pH值高時(shí)清汁的顏色深。因此生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)操作工發(fā)現(xiàn)清汁色值高，就做出降低pH值的錯(cuò)誤操作，影響后工序的指標(biāo)控制。其實(shí)清汁pH值在生產(chǎn)中不是一成不變的，不管清汁色值如何變化，建設(shè)把清汁pH值調(diào)到7.0，溫度調(diào)到20℃，才進(jìn)行對(duì)比，減少誤差。

通常情況下，清汁pH值控制為微堿性，對(duì)清汁質(zhì)量能起到較好的保護(hù)作用，可提高煮煉收回。廣西來賓東糖桂寶有限公司曾做過溫度與pH值的關(guān)系比對(duì)實(shí)驗(yàn)，清汁的溫度常數(shù)在0.010～0.016之間，即清汁的溫度每降低1℃其pH值就升高0.010～0.016，如表2所示，其中檢測(cè)時(shí)沉淀池清汁溫度為100℃。表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表3所示的實(shí)際生產(chǎn)中清汁經(jīng)蒸發(fā)后的粗糖漿的pH值相近，即按表2中△pH/△t計(jì)算的沉淀池的平均pH值=7.78-0.01309×（100-25）=6.80，與實(shí)測(cè)粗糖漿平均pH值6.86非常接近，其中不考慮清汁在蒸發(fā)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)造成的pH值變化，清汁及粗糖漿pH值均為化驗(yàn)室將樣品冷卻到25℃左右時(shí)測(cè)得。

表2 溫度對(duì)pH值影響的化驗(yàn)結(jié)果

表3 2021/2022年榨季某時(shí)段的清汁與粗糖漿pH值的比對(duì)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)清汁蒸發(fā)濃縮成粗糖漿后的pH值降低較多，一般認(rèn)為是清汁在蒸發(fā)過程中糖分轉(zhuǎn)化和還原糖分解等造成pH值的降低，而很可能是進(jìn)蒸發(fā)罐時(shí)清汁的實(shí)際pH值偏低。因此，各糖廠要根據(jù)自身實(shí)際情況制定合理指標(biāo)；管理上要求崗位工每隔半小時(shí)自檢清汁pH值并做好記錄，繪制曲線圖，以便分析指標(biāo)偏離原因并及時(shí)糾正；化驗(yàn)室每隔兩個(gè)小時(shí)采樣分析清汁pH值一次，保證指標(biāo)在受控范圍內(nèi)；出現(xiàn)較大偏離時(shí)，及時(shí)組織技術(shù)人員進(jìn)行沉降查定，查找原因［4］。

3 糖廠清汁pH值指標(biāo)的確定

在實(shí)際生產(chǎn)中，為保證工藝要求，清汁的pH值應(yīng)該以化驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，因?yàn)榛?yàn)室是用儀器分析得到的pH值，可以避免或減少中和崗位人為比對(duì)分析的誤差，更具代表性。

在生產(chǎn)過程中，為確保制糖工藝的正常，生產(chǎn)管理部門在榨季期間均給澄清中和崗位下達(dá)pH值控制指標(biāo)，一般是7.0～7.2，這個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是生產(chǎn)流程中清汁的實(shí)際pH值，即沉淀池中的pH值；因此，生產(chǎn)管理部門應(yīng)該根據(jù)清汁在流程中的溫度，通過化驗(yàn)比對(duì)分析，找出不同的清汁在不同時(shí)段的平均溫度常數(shù)，進(jìn)行檢測(cè)溫度與實(shí)際溫度的清汁pH值校正，得到實(shí)際的清汁pH值與化驗(yàn)室分析的pH值之間的偏差值；再根據(jù)流程中的實(shí)際清汁pH值，確定化驗(yàn)室或中和崗位的pH值后，下達(dá)符合崗位分析條件時(shí)的指標(biāo)。

4 結(jié)束語

制糖生產(chǎn)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性較大，清汁pH值一旦出現(xiàn)較大的偏差，其他相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)浮動(dòng)，不但影響了正常的生產(chǎn)，也很難保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此在制糖生產(chǎn)過程中，對(duì)不同工序的糖汁（如預(yù)灰汁、清汁、清糖漿等）下達(dá)pH值控制指標(biāo)時(shí)，生產(chǎn)人員應(yīng)根據(jù)其所處流程溫度的不同，找出崗位化驗(yàn)的pH值以及流程中實(shí)際pH值的關(guān)系，再根據(jù)工藝需要的校正后pH值，確定合適的崗位pH值控制指標(biāo)，為制糖過程指標(biāo)的準(zhǔn)確控制提供了指導(dǎo)。