废糖蜜存贮自控系统设计的探讨

潘新华，刘丽花

（中国轻工业南宁设计工程有限公司，广西 南宁 530031）

随着我国自动控制技术的发展，制糖企业传统的人工操作生产线也逐渐被大规模自动化生产线给替代，而制糖工艺过程产生的副产品废糖蜜存贮自动化也得到了重视，通过提升自动化改造改进原有易发生焦化和发酵的传统存贮模式，提升废糖蜜的经济价值，得到了市场的认可。

1 废糖蜜的存贮

甘蔗经过压榨、澄清蒸发、结晶、分蜜最大限度回收糖分后，产生的不能再次结晶的糖蜜，所以称为废糖蜜。由于废糖蜜含有大量的非蔗糖成分，普遍认为废糖蜜中的还原糖和氨基氮还会继续发生反应，产生大量热量及二氧化碳，导致废糖蜜内部温度不断升高，最终导致废糖蜜发黑、结块，形成多孔的焦化物。废糖蜜中氨基氮的含量是构成发酵的内部条件，而温度则是主要的外部因素。通常废糖蜜在40摄氏度以下时对发酵反应有抑制作用，一旦温度继续升高，发酵反应则变得剧烈不可控，废糖蜜中的糖分将会快速流失，最终废糖蜜变质不可再利用。由于废糖蜜中的氨基氮主要由甘蔗原料带来，以现有的澄清工艺手段难以去除，所以废糖蜜存贮或输送过程中不发生变质的关键措施是控制废糖蜜温度。

2 传统废糖蜜存贮自控系统

我国大部分甘蔗制糖企业多处于南方，以广西和云南最为普遍，在每年的10、11月到第二年3、4月榨季生产期间，气候阴冷潮湿，平均气温为7至17摄氏度，除个别反常年月高温炎热天气之外，特别适合废糖蜜的存贮和运输，所以制糖企业现有的废糖蜜存贮降温措施相对简单并易于操作及维护。通常存贮废糖蜜的废蜜罐为钢板结构立式储罐，弧形顶部设置通气口，在通气口外圈敷设一道环形喷水管，利用储罐旁的循环水池抽水喷淋储罐外壁，促进废糖蜜降温。储罐内废糖蜜以自然降温为主，废蜜罐外壁喷淋减温为辅，通常情况下在当地气温升至30摄氏度以上或废蜜罐内废糖蜜温度升高至43摄氏度时，喷淋降温自控系统自动投入工作，其自控系统配置为：循环水池液位计、循环水池进水调节阀、废蜜罐喷淋减温水泵电控单元、废蜜罐热电阻、单回路PID调节器、二位控制数显仪、中间继电器等；废蜜罐现场设置就地浮球液位计和双金属温度计等仪表。其操作过程是根据测量所得循环水池液位PID调节器控制进水阀开度自动补水，数显控制仪则根据热电阻测量所得的废蜜罐温度发出报警信号，经过中间继电器起停喷淋水泵电控单元，实现自动喷淋降温。控制原理简单投入成本低，同时后期容易维护，所以储罐外壁喷淋减温抑制废糖蜜变质的办法在制糖企业有很大的实用价值。

在榨季生产期间气温普遍较低，小规模糖厂只需设置一至两个2000立方米左右的废蜜罐加速周转，在极少数高温天气使用以上自动喷淋措施即可满足废糖蜜存贮需求。但是对于日榨甘蔗一万吨以上规模的大型制糖企业而言，需要设计一个至多个8000立方米左右的废蜜罐才能满足生产要求。特别是针对现有的规模精制糖生产企业而言，普遍在非榨季期间也进行生产，南方夏季炎热，原先主要依靠自然冷却的降温效果大打折扣，同时因为废蜜罐结构半径的增加，废蜜罐内部聚集的大量热量很难完全传导至储罐外壁，自动喷淋降温的措施显得严重不足，喷淋系统长期处于工作状态，也无法完全释放聚集在储罐内部的热量，导致废糖蜜存贮发生严重变质的隐患长期存在。

3 改进后的废糖蜜存贮自控系统

3.1 增加板式换热器的降温措施

根据前文所述，使用原有废蜜罐自动喷淋系统很难满足精制糖生产或大型制糖企业的需求，在不同气候条件下仅仅依靠自然冷却和自动喷淋系统显得尤为不足，这就需要我们在废糖蜜进入储罐前增加必要的降温措施。废糖蜜从成糖工段出来再送至废糖蜜储罐存贮前温度约为65摄氏度，可以使用列管式换热器或者板式换热器用冷却水将废糖蜜降温至30摄氏度左右。板式换热器与传统列管式换热器相比换热效率更高，结构更紧凑，体积小，同时流动扰动大，污垢不易沉积。因此本次论述以单个换热面积为120平米的板式换热器为例，简单阐述一下设计思路。该板式换热器换热负荷为244千瓦，每小时使用27立方米25摄氏度冷却水就能够将12吨65摄氏度的废糖蜜有效降温至30摄氏度，使用一用一备即可满足一个日榨6000吨甘蔗糖厂生产的废糖蜜降温需求，更大规模糖厂只需增加相应换热器数量或者增加换热板（增加换热面积）即可，具体流程图如图1所示。

图1 废糖蜜存贮自控系统流程图

3.2 废糖蜜入罐前降温控制和自动反洗系统

废糖蜜黏度大锤度高，长期使用板式换热器降温有堵塞换热器内部物料通道的风险，所以必须采取定期自动反冲洗措施，自动控制系统在这方面有着显而易见的优势。正常情况下废糖蜜经其中一台换热器降温，自控系统根据该换热器出口废糖蜜温度控制冷却水进口调节阀开度，换热器的反冲洗热水管路阀门自动关闭；另一台备用换热器自动进入反冲洗程序。反冲洗流程为：进出换热器废糖蜜管路阀门关闭，进出冷却水管路关闭，反冲洗热水管路阀门全开，清洗换热器内部管路沉积的物料。时间继电器到期后换热器所有阀门自动关闭，换热器自动进入备用状态，等待下一个换热器切换周期。

3.3 罐内废糖蜜自动循环降温控制

废糖蜜进罐之后，自控系统根据布置在罐内四周的热电阻温度检测废糖蜜温度，一旦发现超温，自动打开罐底两个出口阀门和回送板式换热器的循环阀门，并启动其中一台废蜜泵，罐内的超温废糖蜜物料将重新通过降温程序再回送废蜜罐，保证了罐内废糖蜜温度维持在合理范围之内，减少变质的风险。

3.4 自控系统的配置和优点

实施上述目标，需要使用的自控设备，如表1所示。

表1 废糖蜜自控系统的配置

自控系统主要内容有：入罐废糖蜜温度自动控制；板式换热器自动反洗控制；废蜜罐内废糖蜜超温循环控制；废蜜罐液位指示；废糖蜜装车流量指示。

4 结语

综上所述，选择合适的工艺降温设备结合先进的自动化控制手段，对于废糖蜜存贮防焦化防发酵而言有着重要的影响和作用。改进后的废糖蜜存贮自控系统自动化程度高，适用范围广，废糖蜜保质期长；但投资大，设备多，维护成本高。制糖企业对废糖蜜存贮降温自控方案应根据自身规模和实际情况斟酌使用。