立式连续助晶机在糖厂的应用

潘文高，黄梦莹，黄 猛，覃志这，周庆荣，何仁东，罗焕祥，黄善红，覃宗钰，吴 捷，陈红华，潘泽好，周镇锋

(1广西来宾小平阳湘桂制糖有限公司，广西来宾 546111；2广西湘桂糖业集团有限公司，广西南宁 530000)

0 前言

目前国内甘蔗糖厂基本使用卧式间歇助晶机，实际运行大部分采用空气冷却方式，无强制冷却面，只靠糖膏表面和糖膏与助晶机箱体的金属表面把热量传递给周围的空气而进行冷却，冷却速度慢，降温时间长及效果较差，设备利用率低，尤其不适合低级糖膏的助晶。废蜜作为制糖生产过程中最大的糖分损失，良好的助晶效果能有效降低废蜜重力纯度，降低糖分损失，提高糖分收回。

广西来宾小平阳湘桂制糖有限公司（以下简称“小平阳糖厂”）生产能力为日榨7500 t/d，建厂以来丙膏助晶使用6个卧式间歇助晶机进行助晶，经核算，在现有助晶系统条件下，丙膏助晶时间仅有16 h左右且助晶效果不佳，近3个榨季以来废蜜重力纯度均保持在 41%左右。为降低废蜜重力纯度，提高糖分收回，2021年小平阳糖厂实施了助晶系统改造，增加了一套立式连续助晶机。

1 立式连续助晶机的构造

1.1 连续助晶机本体结构

立式连续助晶机由 2个罐体串联而成，1#罐用于降温，2#罐用于升温，连续助晶机罐体直径为Φ5500 mm，高度15000 mm，罐内均匀设有换热管，1#罐设有 24层换热管，2#罐设有 17层换热管，每层管之间间隔500 mm，每层换热管的接口均在罐体外面，以避免渗漏和便于维修，换热管用于注入冷水或热水调节糖膏温度。罐内装有垂直空心轴带动的多组搅拌桨叶，搅拌轴由安装在罐顶部的涡轮蜗杆传动装置带动，各搅拌桨放置于各层冷却管之间，使糖膏有径向的流动和混合，搅拌叶一方面强化传热，另一方面克服糖膏黏度，促进糖膏流动。

为实现助晶过程温度升降的均衡控制，罐体外均匀分布温测点，设计一套温度自动控制系统运用于连续助晶系统，将冷却水进出口温度、糖膏进出口温度调节自动控制，并将罐内各温测点温度数显集中于温控系统，便于集中观察，实现温度控制精细化管理，保证糖膏温度均匀降低，保持糖膏均衡的过饱和度，促进晶体的生长。

1.2 丙糖膏助晶流程

丙膏煮制是间歇操作，为保持糖膏流动的均衡，将原卧式助晶箱作为糖膏停留槽，丙膏煮制完成后自煮糖罐放入作为原卧式助晶机，再使用糖膏泵将糖膏泵送至立式助晶机。如图1所示，糖膏由原卧式助晶箱泵送至1#降温罐，再自降温罐底部压进2#升温罐，完成助晶过程后直接流进丙膏分配槽。1#降温罐糖膏自上而下流动，冷却水自下而上，2#升温罐糖膏自下而上流动，热水自上而下流动，形成逆流相对运动，罐内搅拌桨水平转动，使得糖膏在所有换热面均匀地相对运动，并且是逆向流动，使糖膏和冷却介质有良好的传热效果。

图1 立式连续助晶机设备布置图

糖膏与换热介质逆向流动，在降温罐进口处，热糖膏与流出口的温水间接传热，在降温罐出口处，温度较冷的糖膏与刚进入的冷却水传热，因而温度差比较均匀，可使糖膏的过饱和度与糖分在晶体表面上沉积相适应。这样不易产生伪晶，提高结晶率。

2 工艺温度的控制

2.1 降温速度

一般情况下，丙膏放糖温度为65～68℃，自然降温时，糖膏温度只能降至50～55℃，此时的糖膏母液过饱和度在1.18以上。实践证明：助晶糖膏降温至40℃时，母液过饱和度可达1.2以上。因此降温越低，蔗糖析出越多，一般认为，甘蔗糖厂最终糖膏的最适降温速度为0.8～1.5℃/h[1]。

2.2 糖膏冷却温度

虽然，温度越低，蔗糖析出越多，但温度越低，糖膏黏度越大，蔗糖结晶的阻力越大。当温度降低到一定程度时，结晶速度缓慢，助晶效果不佳。同时黏度较大时，搅拌负荷过重，影响设备安全。

连续助晶机2个罐可容纳约7～8个编号丙膏，每个编号50 m3，根据小平阳糖厂生产能力，每天约生产3～4个编号丙膏，则使用连续助晶机基本可保证约40 h的助晶时间。糖膏在1#降温罐内停留时间约为20 h，结合0.8～1.5℃/h的降温速度，取1.2℃/h的降温速度，20 h需要降温24℃。糖膏放糖温度在65～68℃之间，因此糖膏降温终了温度选择控制在 40～45℃之间，用于降温的冷却水水温控制在38～42℃之间。

2.3 糖膏加热温度

使用传统间歇卧式助晶机丙膏助晶终了温度约为50～55℃，从生产实践来看，该温度区间较适应丙膏分蜜机性能，因此糖膏升温终了温度选择控制在50～55℃之间，用于升温的热水温度控制在53～58℃之间。

3 立式连续助晶机的使用效果

3.1 工作原理

蔗糖结晶一般通过2种方式进行，一是通过不断蒸发水分维持一定的过饱和度，也就是煮糖；二是通过降温的手段使溶解度降低从而使蔗糖析出晶体并沉积在原有的晶体上，也就是助晶。丙膏作为末段糖膏，母液浓度高、纯度低、黏度大，晶粒不易吸收母液中的蔗糖，因此需要有足够的时间让母液和晶体接触，使结晶能够继续进行。

一般丙膏的放糖温度在65～68℃之间，到助晶终了时要求降至40℃左右，这样的温度降，需在有冷却面的助晶机用18～24 h才能完成。立式连续助晶系统垂直安装，占地面积小，容量大，保证了足够的助晶时间。罐内糖膏自上而下流动，冷却水自下而上流动，形成逆向流动，同时辅以适当的搅拌，使糖膏有位置的移动，保证糖膏在所有冷却面上均匀、逆流地相对运动，传热速度与结晶速度相适应，最大限度降低母液纯度。在助晶末期分离前进行升温，以降低糖膏黏度易于分蜜。

降温过程中，由于母液温度下降会造成母液的黏度下降造成糖膏流动性不良，在开榨初期也曾出现过立式连续助晶机搅拌机涡轮温度高，初步判断由于糖膏温度下降，流动性较差，同时搅拌转速难以调节等导致搅拌机负荷过重。为解决这个问题，增加变频器控制搅拌机转速，经使用观察，整个榨季变频器频率设定在15 Hz，丙膏放入立式助晶机最初4 h内，变频器电流显示为17.7 A，16 h后电流显示为18.0 A，安装变频器控制后，虽电流有一定增加，但涡轮温度偏高问题得到解决。

3.2 立式连续助晶机优点

2021/22年榨季经投入使用立式连续助晶机达到了预期效果，使用效果良好，主要表现在以下几方面：

一是容量大，按换热面积高度计算，可以容纳8个编号的丙糖膏，有效解决了传统卧式助晶机容积小，助晶时间不够的问题。

二是传热效果良好，冷却速率与结晶速率匹配。糖膏与降温的冷水、糖膏与升温的热水为逆向流动，同时配套有连续搅拌系统，能够使糖膏充分混合。

三是操作简单。配套的降温和升温自动控制系统，可以根据所设置的水温进行调节。其中降温的冷水温度控制在38～43℃之间，升温的热水温度控制在53～58℃之间，并根据使用期间的天气情况来调节温度。

3.3 应用效果

2019/20～2021/22年榨季废蜜重力纯度数据对比见表 1，从具体的生产数据来看，废蜜重力纯度有较大幅度降低。

表1 近3个榨季废蜜重力纯度对比

从不同榨季的废蜜重力纯度来看，2019/20年榨季和2020/21年榨季废蜜重力纯度平均值为41.61%，2021/22年榨季废蜜重力纯度比前2个榨季废蜜重力纯度平均值降低了 2.79%。近 3年，小平阳糖厂在工艺路线以及煮糖配料等方面没有重大变化，2021/22年榨季废蜜重力纯度有效降低是实施立式连续助晶机改造的直接效果。

同个榨季生产期立式连续助晶机使用情况对比见表2。2021/22年榨季未使用立式连续助晶机阶段的废蜜重力纯度平均值为40.79%，使用立式连续助晶机阶段的废蜜重力纯度平均值为37.99%，使用立式连续助晶机废蜜重力纯度降低 2.80%，按糖厂2021/22年榨季入榨甘蔗总量61.5万t，桔水锤度90°Bx，桔水产率3.10%，煮炼收回率90%计算，折产糖率 615000×3.10%×90%×2.80%×0.9/615000=0.07%，折产糖量约430 t。

表2 2021/22年榨季立式连续助晶机使用情况对比

3.4 对分蜜操作和助晶管理的影响

使用立式连续助晶机后，升温罐能将糖膏温度升至50～55℃，进入丙糖分蜜机前的糖膏流速与使用卧式助晶机基本无变化，丙膏筛分操作正常。

使用传统卧式助晶机对丙膏助晶时，需要直接往糖膏里加水助晶，煮糖工需要定时到助晶箱查看加水情况，助晶效果不佳。使用立式连续助晶机后，将温控系统安装在丙糖煮制岗位附近，可实现就近实时对助晶过程进行监控管理，基本实现自动化，大大了减轻劳动强度，有效地提高助晶效果。

3.5 经济效益

2021年小平阳糖厂实施立式连续助晶机改造，投入资金成本约450万元，如上述废蜜重力纯度降低2.80%，折产糖量约430 t，按白砂糖市场价5500元/t计算，可多产生经济效益237万元，2年即可收回成本。

4 立式连续助晶机的改进

2021/22年榨季立式连续助晶机投入一个榨季使用后，在正常榨量情况下使用效果良好，但在连续阴雨天气，连续保持小榨量生产时，物料量少，丙膏在罐内时间过长，容易发酵转化；在榨季收尾或者春节洗机处理物料时，低于糖膏出口的糖膏只能走短路通过糖膏泵进行处理，不能有效地经过降温升温的助晶过程，期间废蜜重力纯度偏高，损失了部分糖分。在2#升温罐3500 mm处再增加一个糖膏出口，可很好适应低榨量或收尾期丙膏的处理。

5 结语

从立式连续助晶机的工作原理来看，助晶过程降低废蜜重力纯度的因素主要有2点：一是保证足够的助晶时间；二是保证一定的糖膏冷却温度。若是使用传统的卧式助晶机串联起来使用，保证一定的助晶时间，并采用一定的降温方法对糖膏进行降温，也是有可能达到同样的助晶效果。目前也有糖厂将原有的卧式助晶机串联使用，但未对换热系统进行改造，助晶效果有一定提升，但未能达到立式连续助晶系统助晶的效果。

立式连续助晶系统在助晶时间、助晶效果相对传统的卧式助晶机有明显的优势，在降低废蜜重力纯度有比较显著的效果，对制糖行业中末段糖膏的糖分收回具有较大的促进意义。同时立式连续助晶系统竖立安装，占地面积少，又可安装在厂房之外，对扩建厂增加生产能力适应性强，具有很大的推广前景。