２０１４年４月第２期（总第７５期）文章编号：２０９５—８２０ｘ（２０１４）０４一０６广西糖业ＧｕＡＮＧｘＩＳＵＧＡＲＩＮＤＵＳ７ｍＹＮＯ．２，Ａｐｒ．２０１４制糖技术及装备的进展（二）郭建信袁杰李启闵亚光（昆明克林轻工机械有限责任公司，云南昆明６５０１０２）摘要：由于国外大量新建糖厂对中国制造的需求，引领了国内糖机装备设计及制糖新技术不断引进和更新，也推动了国内制糖业对新技术和新设备的广泛探索和应用。试图对国内糖厂具有一定参考价值的一些制糖新技术和新设备的应用进行分类介绍。此节介绍蔗汁澄清及蒸发工段的新技术及装备的应用情况。关键词：制糖工程；制糖新技术；新装备；澄清；蒸发中图分类号：髑２４３文献标识码：Ｂ最近几年中国的制糖技术及装备已经走出国门，推广到世界十几个产糖国的几十家制糖企业。由中国公司总承包的已建、在建和即将开工的糖厂工程项目也遍布东南亚、非洲和中南美。由于国外对中国制糖输出技术和设备的严格要求，引领了国内糖机设备在大型化、自动化、可靠性及适应新工艺等方面进行了优化改进和新产品的不断开发。其中一些技术和设备也适合国内新建糖厂采用或老厂在升级改造中参考。本文继上期将介绍蔗汁澄清及蒸发工段的新技术及装备的应用情况。冲，再从进料室出口溢流到进料槽。在溢流出口处安有Ｔ形絮凝剂分配器，保证蔗汁与絮凝剂的均匀接触。进料槽为环形，底板为多孔板，充分絮凝的蔗汁由多孔板进入底部的进料环。进料环与进料槽为同一大小的环形结构，环内也设有多孔挡板，蔗汁经多孔板流出时，均匀分散地沿整个截面进入沉降器的中部。进入的蔗汁沿着四周方向平稳并均匀地以层流的方式流动，不受清汁上升及泥汁下沉的干扰，基本保证了泥汁的沉降接近“静态”。清汁则以整面层流方式从内部、中部、外部三个区域的多孔板排出，分别从内外环板溢流进入清汁收集内槽及外槽。这种新型沉降器的特点是采用了沉淀区、入汁区和清汁区明显分开。如图１所示为人汁、清汁、泥汁的流动示意图。沉降器下部圆锥体是泥汁浓缩区，内装有低速装置的拨桨，在操作上控制排泥速率，使拨浆完全处于泥汁层之下，可以促进沉淀物浓集，消除泥汁区的死角，同时防止泥汁翻底。与多层沉降器相比，其泥汁浓度较高，含泥量达到６—８％，沉降颗粒结实，泥汁量也减少，有利于后续的真空吸滤机操作。１单层快速沉降器近几年来国内外的新建糖厂项目，单层快速沉降器已经完全取代了多尔式或其改良型的多层沉降器，由于糖汁停留时间短，在减少蔗糖转化和蔗汁增色等方面效果显著。昆明克林公司与澳大利亚ＳＲＩ糖业研究所合作，引进了新一代的快速沉降器技术，用于原糖及亚硫酸法白糖的蔗汁澄清。这个系统通过合理的结构配置、自动控制蔗汁的加热温度、絮凝剂加入量和排泥量，从而达到良好的澄清效果。新型快速沉降器的主体部分为圆筒形，底部为圆锥形并带泥汁室，主要由进料系统、出料系统、器体、刮泥器、传动装置等组成。蔗汁经进料管流入进料室，在进料室中得以缓收稿日期：２０１４—０２—２４２双出汁无滤布真空吸滤机目前无滤布真空吸滤机的规格开始向大型化发展，根据不同糖厂的产能需要，一般数目在２—４台为宜，大而少的设备对糖厂的自动化操作、维护保２１万方数据郭建信等：制糖技术及装备的进展（二）糖汁流动速度矢量图｛图１新快速沉降器蔗汁流型养、减少投资、方便管理等方面更为有利。目前国内新建糖厂的真空吸滤机尺寸从最初的５８ｍｚ普遍发展到８５ｍ：，而且仍在向更大尺寸发展，而国外的大型糖厂，其吸滤机的尺寸最大已经达到２００ｍ２。最初设计的无滤布真空吸滤机转鼓表面分为２０个吸滤区，每个区设有一根吸汁管，共２０个吸汁管汇集到非传动侧的分配室，滤汁由吸汁管经分配室抽出。对于８５ｍ２尤其是更大的真空吸滤机，为了进一步提高吸滤机的过滤效果，最新的设计采用了双出汁形式。在２０个吸滤区内再各增加一根吸汁管，总共４０根，并在吸滤机的传动侧增加一套分配室，这样新增加的２０个吸汁管汇集到吸滤机新增加的分配室后也汇入滤汁箱。采用这种双出汁的设计，在过滤面积保持不变的情况下，过滤量比原来增加约２０％左右，滤泥的含水分和转光度都明显降低，不但提高了吸滤机的过滤能力，而且提高了糖的回收率。半硫，或称半碳法；一种是将蒸发后的糖浆用烟道气同时进行加灰饱充，然后进行全汁过滤，类似于精炼糖厂回溶糖浆的澄清过程。烟道气饱充在作为蔗汁或糖浆澄清剂的同时，又回收了废烟道气，符合国家节能减排，是耕地白糖生产的一个新方向。不管是用在精炼糖还是耕地白糖的饱充过程，由于烟道气所含的ＣＯ：浓度较低，洗涤后约含１０％，为追求最大的气液吸收率，其饱充罐的形式尤其是烟道气的进入装置非常重要。采用烟道气的饱充罐通常三个一组串联，比耕地白糖用石灰窑Ｃ０：的碳酸法多了一个罐，而且容积不变的情况下罐体应高出很多，如此增加气液吸收率。饱充罐设备由壳体、ＣＯ：添加装置、防泡栅格板等组成。壳体上装有长形视镜，便于观查罐内物料状况。ＣＯ：添加装置由多条并排或米字型的Ｕ型溢流槽组成，均匀分布在罐底。ｕ形溢流槽口向下，边缘有锯齿及ＣＯ：分布孔板，这样可以使ＣＯ：均匀的从孑Ｌ板及锯齿溢出。溢流槽上部设有两或三层防泡栅格板，进一步破除大气泡，使ＣＯ：以细小的气泡与糖汁更充分的接触反应，提高气液吸收率。糖汁则由壳体中部进入罐体，自上而下流动，与由下向上升的ＣＯ：气体逆流接触。饱充罐的顶部保留较大的空间或同时增大直径，用于泡沫的缓冲，防止冒罐。经Ｃ０：饱充的蔗汁由罐３烟道气饱充罐烟道气饱充技术普遍应用在精炼糖厂的原糖回溶糖浆澄清过程，最近几年国内将烟道气饱充技术应用在亚硫酸法白糖的生产性试验中。一种是将压榨后的混合汁用预加灰及烟道气饱充，产生一定量的碳酸钙，减轻了后续的硫熏中和强度，即半碳２２万方数据郭建信等：制糖技术及装备的进展（二）底排出，未被吸收的ＣＯ：气体则由罐顶排出，在罐顶出气口装有气液分离器，以分离气体中含有的蔗汁。每个饱充罐的终点ｐＨ值分级自控，第三个罐除了也通人烟道气之外，还有通入蒸汽的管道，对出罐的饱充汁进行直接加热，补偿过程的温度损失。对于一些采用石灰窑的窑气而不是烟道气的精炼糖厂，由于糖浆的饱充相对应糖汁饱充其吸收率非常低，其顶部溢出的气体Ｃ０２含量仍然很高，为节省成本较高的石灰石原料及石灰窑的操作费用，最好将饱充罐顶部溢出的窑气用泵再回收利用。这与为了增加气液吸收效率，将饱充汁部分抽出泵送循环的道理是一样的，但饱充汁的循环将导致糖浆停留时间增长及色值增加，而且泵机会打碎碳酸钙颗粒，不利于过滤。因此饱充汁的自身循环不如ＣＯ氕体的循环利用。４糖浆过滤机采用烟道气饱充后的原糖回溶糖浆或耕地白糖蒸发糖浆需要用过滤的方法除去碳酸钙颗粒，目前最常用的糖浆过滤设备有旋转式叶滤机和隔膜式压滤机。旋转式叶滤机为卧式圆筒体，主要由出汁装置、轴承座、密封筒体、转子装置、滤板及传动装置等部件组成。其过滤面积由３８块沿简体长度排列的滤板及套装的滤布组成，共１６０ｍ２，工作压力０．４ＭＰａ，筒体内容积约１０ｍ３。操作时转子装置带动滤板在筒体腔室内旋转，腔室内充满饱充汁，滤汁透过滤板，并每两块滤板共用一个抽汁管，从一端的出汁装置收集。当滤液总量达到设定值或工作压力达到Ｏ．４ＭＰａ，停止过滤周期，腔室内增稠后的泥汁卸人泥汁贮桶，再用板框压滤机对这种少量的泥汁进行过滤脱糖及滤饼的洗涤。最原始的饱充汁过滤也曾采用板框式压滤机一次性全汁过滤，由于板框压滤机存在劳动强度大、漏汁、换洗滤布麻烦等缺陷，逐步由旋转式叶滤机或其它增稠设备取代。增稠后的泥汁因量少并浓度高，再采用板框压滤机进行泥汁的脱糖和洗涤，于是提高了整体过滤设备的性能并减轻了万方数据劳动强度。然而近些年来，随着自动化程度和新材料的高度发展，导致了一种全新的隔膜滤板全自动压滤机的应用开发，因此，饱充糖浆重新采用压滤机进行一次性全汁过滤成为一种趋势。将糖浆过滤、滤饼洗涤、隔膜滤板挤压滤饼、自动拉板卸泥、在线高压水清洗滤布等操作一气呵成，使这种全新的压滤机又开始重新占据饱充糖浆过滤的主导地位。全自动隔膜压滤机不仅适用于饱充汁或饱充糖浆的过滤，也适用于亚硫酸法的快速沉降器的底排泥汁过滤，可以一次性得到滤清汁。最原始的沉降器底排泥汁也是采用板框压滤机的，也是由于上述提到的各种缺陷，才逐步改用有滤布及后来的无滤布吸滤机。但采用无滤布吸滤机是一种不算完善的改革，因为其滤汁要么返回到中和汁，增加了非种小快沉进一步处理，则导致流程加长和絮凝剂的添加过量，对煮糖及成品质量有负面影响。当隔膜滤板全自动压滤机逐渐证实其完善的功能之后，再对于过滤性能比较差的物料可以采用辅助手段，即用助滤剂（硅藻土）先对滤布进行预涂层。最终的过叶滤机过滤或其它增稠手段排出的泥汁，以及沉降器的底排泥汁，因其泥汁较浓，很快形成滤饼并充满滤在精制糖生产中普遍采用离子交换或活性炭糖分的回头并增加了沉降器的负担；要么需要另一重新取代无滤布吸滤机将是一种趋势。滤性能要看滤泥是否达到基本满框，滤泥满框说明此种物料适合此种过滤机，而且满框的滤泥经过隔膜滤板的挤压才能达到预期的干滤饼和减少转光度。滤泥半框或更少则难以卸泥并滤泥水分及含糖都很高。比如，前述的饱充糖浆用隔膜压滤机全汁过滤或用旋转式叶滤机过滤，都需要先进行助滤剂预涂层操作，否则滤饼还很稀薄时，已经达到压力临界点。对于先用框，则不必采用预涂层操作。５离子交换及再生液回收技术进行糖浆的精脱色，在国外甜菜糖的一步法精制糖生产中也采用离子交换技术，即清汁和糖浆双脱色。比如日本的甜菜糖厂一步法生产精制糖，其色值要求８Ｉｕ以下，是世界上色值最低的精制糖。其郭建信等：制糖技术及装备的进展（二）过滤后的清汁采用阴离子树脂脱色，蒸发后的糖浆再采用一次阴离子树脂脱色和阳离子树脂脱钙，如此可以生产低色值的精制糖。离子交换技术的最大问题是树脂冲洗废水量大，再生液用量大并且难生化处理而带来环保压力，另外再生液的用量很大也导致操作费用高等问题。因此国外一些糖厂更倾向于采用颗粒活性炭技术，其用法与离子交换类似，但活性炭的再生是采用煅烧炉，于９００℃左右烧掉有机物后回用。对于应该采用离子交换还是活性炭技术的问题，国外仍有争论，也各有取向。由于中国的精制糖生产刚刚起步，刚好碰上离子交换技术的更新换代，所以新建的中国精制糖生产线以及中国对外承包的精炼糖厂全都采用了新一代的离子交换技术。新一代的离子交换技术的主要特点有：（１）糖浆用较高的泵压送人树脂柱，自下而上穿过床层。由于树脂比重低于糖浆，树脂浮于筒体上部并形成整体床层，糖浆均匀透过树脂柱。而传统树脂柱从上而下注入的糖浆会对漂浮的树脂床层形成冲击和短路。（２）树脂柱基本上是三个一组形成串联，两用一备（再生），而且每个树脂柱又分上下两腔室，每个柱子再生后都先作为第二柱（与半脱色的糖浆接触），当新的再生后的柱子上线后再转为第一柱（与未脱色的糖浆接触）。这种串联模式和轮为第一柱的操作形成了一种“色值梯度”，增大了树脂和糖浆色值交换的推动力，于是在一个长时间段内，流出糖浆的脱色率比较均一，树脂的有效利用周期加长。（３）采用膜过滤技术，即纳滤来过滤再生液，纳米级的微孔尺寸刚好让再生液的盐分和水穿透，有机物和色素被截留。膜过滤后的再生液回用，其液体的回收率高达９０％，盐分的回收达７５％。纳滤后的滞留物仅为１０％，总量很少，直接打入废蜜中，于是整个离子交换过程中没有再生液的排放，既节省了操作费用，也免除了环保压力。（４）树脂柱的再生前后都有一次漂洗过程，其漂洗的洗水也回收利用，第二次洗水回收作为第一次洗水，第一次洗水通过中和池贮存，定量与工厂废水一起排到污水站处理。（５）整个操作过程，即洗涤、再生、脱色、轮罐、膜过滤等全部自控操作，很少人工干预。２４万方数据６半升膜蒸发罐和一次性过罐蒸发罐半升膜蒸发罐来自南非技术，称ｓｅｍｉ—ｋｅｓｔｎｅｒ，其加热管长度介于普通Ｒｏｂｅｒｔ式蒸发罐（３ｍ）和Ｋｅｓｔｎｅｒ长管升膜式蒸发罐（６—８ｍ）之间，目前已经设计并投入糖厂使用的管长为４ｍ。Ｋｅｓｔｎｅｒ长管升膜式蒸发罐是基于“升膜”原理设计，要求糖汁在加热管底部即开始剧烈沸腾，汽泡在加热管中形成汽柱，并将糖汁挤压在管壁形成环状膜，随着汽柱上升，糖汁膜也沿管壁上升，上升过程中糖汁不断的沸腾蒸发。这种蒸发罐的蒸发效率及传热系数非常高，糖汁一次性过罐，使糖汁在罐中停留时间大大缩短，浓缩后的糖汁增色很少。但长管升膜式蒸发罐对糖汁的来料量要求必须稳定，否则糖汁的波动会使加热管上部产生局部的干壁现象，使蔗糖焦化。而传统的Ｒｏｂｅｒｔ式蒸发罐采用内外循环短管式设计，液位容易控制，操作方便，但蒸发效率较低，糖汁在罐内停留时间长。因此，Ｓｅｍｉ—ｋｅｓｔｎｅｒ蒸发罐是基于以上两种蒸发罐的优缺点而开发的新型蒸发设备，既部分保留了升膜式蒸发罐效率高的优点，也避免了其容易干壁的缺点。并且这种蒸发罐由于采用比Ｒ０ｂｅｒｔ蒸发罐较长的加热管，因此相同加热面积的罐体直径较小，只需要在罐四周设四个较小的循环管，可以达到较好的循环效果。一次性过罐蒸发罐的理念起源于泰国的糖厂，这种蒸发罐的面积通常稍大一点，由于没有内外循环通道，仅从小直径的降液管出汁，同等直径的蒸发罐其面积可以放大，因此增加面积的费用很少。糖汁一次性蒸发过罐，没有内外循环，其蒸发过程增色和纯度降非常小，蒸发效能也高。一般国内用的Ｒｏｂｅｒｔ蒸发罐其产能ＴｃＤ与总面积比为１．６—１．８倍之间，但一次性过罐蒸发罐的这个比例应该稍大些，在１．８—２．０之间比较合适。在操作上，一次性过罐蒸发罐的液位必须保持恒定，因此可以用两种方法实现液位的控制。一是用液位计仪表控制糖汁的出口自控阀，保持液位恒定。二是用管路液封的方式，即蒸发罐的出汁用下ｕ型管引出，升到与蒸发罐加热管１／３高的位置，用溢流箱排出。溢流箱的出汁挡板也可以做成可调式，调节蒸发罐内“真液位”的所郭建信等：制糖技术及装备的进展（二）需恒定高度。国内某些糖厂在不改变Ｒｏｂｅｎ蒸发罐型式的前提下，只通过堵上原来的外循环管以及降液管改成直接出汁的方式，形成了一次性过罐，据介绍也起到了预期效果。笔者分析，一次性过罐蒸发罐除了减少过程增色和纯度降之外，在蒸发效能上也有提高，是由于糖汁在加热管由稀汁变为浓汁并汽化上升中基本上是按稀汁的性质保持较高的传热系数。而带内外循环蒸发罐从加热管上升的糖汁其平均浓度接近出汁，所以糖汁越浓其传热系数就越低。总之，蒸发罐的一次性过罐操作的探索及设计上的优化应该是糖厂多效蒸发的一个方向。７在目前国内外新建糖厂普遍提高锅炉压力参数的情况下，对蒸发罐回锅炉汽凝水的质量要求也随之提高。一般要求一效汽凝水的含糖为零，二效汽凝水含糖小于１０个ＰＰＭ。为达到此目的，蒸发罐的汁汽室高度由原来标准设计的汁汽室／加热管之比为２．０提高到２．５。即３ｍ长加热管的蒸发罐，其汁汽室高度已达７．５ｍ。除了增加汁汽室高度之外，更重要的一点是采用高效波纹板捕汁器，尤其是对于第一效蒸发罐。图２是新型高效波纹板捕汁器的局部照片。不仅在横向形成均匀排布的波纹，在竖向也形成３—４级的折板，或称双向波纹板。其捕汁效果非常好，但制作加工麻烦。总之，通过增加汁汽室高度及高效捕汁器的采用，可使二效汽凝水的含糖控制在十万分之一之内。改变蒸发热力方案节省汽耗节能减排是当今世界的大趋势，糖厂的节能降耗已经是首要的研究课题，通过改变蒸发系统的热力方案可以明显达到节省蒸汽的目的。目前国内外的大多数糖厂都采用五效真空蒸发，第五效的真空度比较高，一般在绝压１５—２５ｂａｒ（ａ）之间调节。这种比较高的真空度是为了增大多效蒸发的整体温差△ｔ，提高蒸发强度。其缺点是后几效汁汽温度低，一般只能用一二效汁汽煮糖，三效之前的汁汽用于加热。最近的报道国外一些糖厂已经将第五效的真空度降低，变为五效低真空蒸发，第五效的真空度为绝压０．５５ｋＰａ（ａ）。真空度的降低导致了各效温度升高，其第三效的汁汽提高至１０２℃左右，用于普遍采用的连煮罐煮糖，而第四效的汁汽用于混合汁一级加热，第五效基本上是起浓缩作用，因为只有很少的四效汽进入五效汽鼓，则去冷凝器的汁汽也不多。如此将汁汽尽量从后抽，蒸发系统使用生蒸汽的量明显减少。但由于低真空蒸发导致整个系统温差△ｔ减小，从蒸发强度Ｑ＝ＫＦ△ｔ可知，需要从蒸发面积Ｆ上有所补偿，或从蒸发罐结构上人手增加传热系数Ｋ。而前面提到半升膜蒸发罐和一次性过罐蒸发罐正好提供了这个条件。总之，设备上稍为增加成本，然后改变热力方案，会带来一劳永逸的节能效果。图２新型高效波纹板捕汁器９蒸发罐加热管喷淋清洗技术蒸发罐的清洗除垢方法国内外完全不同，国外都是采用化学清洗，或称ｃＩＰ方法（ＣｌｅａｎｉｎｇＩｎＰｌａｃｅ）即化学在线清洗，而国内糖厂基本上全部采用高压水喷射清洗。长期以来由于国内人工便宜，耕地白糖的亚硫酸法生产需要每天轮洗一罐，因此蒸发罐采用人工高压水喷射清洗是符合国情的。国外的甘蔗制糖主要是生产原糖，其蒸发罐的积垢比较缓慢，大约３０—４０天清洗一次，因此不需轮洗的一８蒸发罐的汁汽室加高及高效波纹板捕汁器次性停机，统一用化学清洗方法更有效率。而且国外的人工较贵，对于安全性差、整体需要时间长的万方数据郭建信等：制糖技术及装备的进展（二）高压水喷射方法完全不能接受。传统的化学清洗是将碱液盖过蒸发罐上管板，在常压沸点条件下进行煮洗。为避免高温碱液对加热管的腐蚀，通常碱液浓度较低，煮洗时间长，ｃＩＰ的贮罐较大较多，因此清洗过程比较麻烦。正因如此，国内糖厂已经从原始的化学煮洗发展到目前的高压水喷射技术。但是近几年国外对化学清洗的弊端开始了改革，新的化学清洗技术比之国内的改革，即高压水喷射技术显得更为高效、安全以及环境友好。新的化学清洗技术是采用高压喷头，将其悬吊在蒸发罐顶部中心，用支管接出罐外，再统一连接大直径的母管。根据蒸发罐的尺寸不同，选择喷淋角度１２０。或９０。的喷头，这种安装高度和角度的配合使呈锥形喷淋的碱液能够覆盖整个加热管截面上。图３是这类喷头的其中一种。在选择喷头时需注意：能够实现广角实心锥形喷淋、均匀全覆盖、很高的冲击力、大流量并抗堵塞性能、喷淋角度从６０。一１４０。范围可选。图４是这种喷头喷淋时的工作示意图，选择角度为９０。或１２０。。图３化学清洗高压喷头ＦＩＪＩＩＣａｒ隧ｚ９０’｛ＦＣＮｌＦｕＨｅ《姻幔ｔ；目‘ｒＦ＃Ｃ）图４高压喷头工作示意图如果将传统的蒸发罐化学煮洗方法形容为“泡澡”的话，这种新的化学清洗方法可以形容为“淋喷淋后的碱液从蒸发罐底连续排出，靠位差回到ＣＩＰ贮罐，进贮罐前通过一个简易的过滤，除去积垢渣滓，然后反复泵送循环。为彻底清除积垢，还可以配置一个酸罐，几个清洗周期后进行一次酸碱轮洗。另需注意的一个关键点是：在碱液清洗前，需要烤管两次，即空罐通入蒸汽，使干管冷热相间，产生垢层的龟裂，利于喷淋时的积垢溶解。而且在完成碱液喷淋之后，要进行一次清水喷淋。总之，这种化学喷淋清洗方法需要一个完善的系统设计以及规浴”，其过程节省了很多时间和化学剂用量。喷淋的碱液温度可以是常温或中温，因此浓度可以达到２５％以上。对于原糖生产情况，全部蒸发罐可以在停机时同时喷淋清洗，对于亚硫酸法耕地白糖生产，可以仍旧采用每天轮洗，则ｃＩＰ的贮罐和泵机能力可以配置得很小。ＣＩＰ的贮罐只需两个，一个配制碱液，一个用于贮存及回流，然后用大流量及功率的泵机（根据全部蒸发罐一次性操作或单罐轮洗操作时的加热管通过流率，由喷头厂商给出参数）进行蒸发罐和ｃＩＰ贮罐之间的反复循环喷淋。２６范的操作程序。另外，每个榨季结束后，需要人罐检查，如有残留坚硬的积垢可以用目前的高压水喷射做一次彻底的清除。万方数据制糖技术及装备的进展(二)
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
郭建信， 袁杰， 李启， 闵亚光
昆明克林轻工机械有限责任公司,云南昆明,650102广西糖业
Guangxi Sugar Industry2014(2)
引用本文格式：郭建信.袁杰.李启.闵亚光 制糖技术及装备的进展(二)[期刊论文]-广西糖业 2014(2)
