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        糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

        2016-11-16 09:27:10韋舉兵陳延林李進(jìn)勇
        廣西糖業(yè) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        韋舉兵,陳延林,李進(jìn)勇,劉 耿

        (欽州市創(chuàng)華工控設(shè)備有限公司,廣西 欽州 450000)

        糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

        韋舉兵,陳延林,李進(jìn)勇,劉 耿

        (欽州市創(chuàng)華工控設(shè)備有限公司,廣西 欽州 450000)

        煮糖過程的糖蜜稀釋對制糖生產(chǎn)的煮煉收回、汽耗、糖品質(zhì)量均具有重要影響。文章介紹了新開發(fā)的糖蜜在線稀釋系統(tǒng)技術(shù)的工作原理和流程,以及在糖廠的使用情況。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果說明,該技術(shù)的使用可縮短煮糖時(shí)間,減少糖粉量,糖膏結(jié)晶率提高0.42%。該技術(shù)在糖廠的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有廣闊應(yīng)用前景。

        煮糖;糖蜜;稀釋;自控

        糖廠的成糖工段一般是多段煮糖過程[1],即糖漿進(jìn)入結(jié)晶罐結(jié)晶后,放入助晶箱,冷卻后通過流槽分配到離心機(jī),進(jìn)行分蜜,所得白糖晶體干燥后包裝出廠,糖蜜則再進(jìn)行第二、第三次結(jié)晶。分離出來的糖蜜,比較粘稠,并含有一些結(jié)晶過程中產(chǎn)生的小晶體。在進(jìn)行下一輪結(jié)晶前,要將糖蜜稀釋,將小晶體徹底溶解,并把糖蜜溫度提高到比結(jié)晶過程罐內(nèi)溫度高3℃~5℃,這樣才能給下一輪的結(jié)晶創(chuàng)造好的條件。這些小顆粒溶解不完全,在下輪結(jié)晶中會以小砂的形式存在于糖膏中,如在甲糖就會形成了大量的糖粉;這些小砂的存在,造成糖膏與糖蜜之間的純度差變小,這是成糖工段回收率低的關(guān)鍵所在。如果糖蜜加熱溫度不能達(dá)到比結(jié)晶過程罐內(nèi)溫度高3℃~5℃,就會造成結(jié)晶過程中預(yù)升溫段長,不利于糖膏對流,影響傳熱,造成耗汽量大,這是成糖工段汽耗高的關(guān)鍵原因之一。

        目前制糖生產(chǎn)存在的結(jié)晶工段汽耗高,結(jié)晶率低,成品糖粉多與所采用的糖蜜稀釋方式有相當(dāng)大的關(guān)系。目前所采用的稀釋方式是:在稀釋箱中的糖蜜中加入一定量的水,然后利用布置其中的汽管噴蒸汽加熱糖蜜。因?yàn)樯郎剡^程需要時(shí)間,所以結(jié)晶過程只能間歇入料,結(jié)晶控制波動大。結(jié)晶罐所需要的入料溫度約為73℃,在這個(gè)溫度條件下,糖蜜在稀釋箱中還沒達(dá)到沸點(diǎn),糖蜜無法做到強(qiáng)烈對流。這意味著接近加熱管這部分的物料溫度相對高,而遠(yuǎn)離加熱管的糖蜜溫度還是低的,在入料時(shí)一并吸入,物料實(shí)際溫度并沒有達(dá)到所要求的溫度。經(jīng)生產(chǎn)線上的實(shí)測表明,就目前的稀釋方式,部份工廠的入料溫度只有65℃左右。由于糖蜜都比較濃稠,加熱溫度不夠,所加入的稀釋水與糖蜜混合不均勻,哪怕是有低速攪拌,大都還是水料分層,糖蜜中的小顆粒溶解不完全。如果不做結(jié)構(gòu)性的改變,稀釋效果不理想,問題就得不到根本性的解決。

        欽州市創(chuàng)華工控設(shè)備有限公司是一家長期從事制糖過程自動控制技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用的高新技術(shù)企業(yè),在糖廠過程自控方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。針對糖蜜稀釋過程中所存在的上述問題,該公司發(fā)明了糖蜜在線稀釋系統(tǒng)[2,3],該技術(shù)經(jīng)過多年研發(fā)已成功應(yīng)用于多家糖廠,取得了良好的成效,本文介紹該技術(shù)的工作原理及在一家糖廠的應(yīng)用情況,探討其在甘蔗糖廠的推廣應(yīng)用的可行性。

        1 糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的技術(shù)原理

        糖蜜在線稀釋系統(tǒng)控制流程如1圖所示。

        圖1 糖蜜在線稀釋系統(tǒng)工藝控制流程示意圖

        系統(tǒng)由本體和控制兩部份組成。物料在利用結(jié)晶罐真空吸入時(shí)與加熱蒸汽及水混合,在通過混合器上部的縮喉時(shí)流速加快,物料與加熱蒸汽強(qiáng)烈湍流,當(dāng)流到混合器下部折流板時(shí)流速降低,三者的混合更充分,使物料內(nèi)的微小晶體徹底溶解,同時(shí)也降低了物料的粘度??刂撇糠葜饕獙?shí)現(xiàn)溫度和錘度的控制,通過對出料口溫度的探測,控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的物料加熱溫度,控制加入廢汽調(diào)節(jié)閥的開度,實(shí)現(xiàn)了出口物料溫度的可調(diào)。錘度的控制是根據(jù)物料流量、預(yù)設(shè)的出口錘度與控制器內(nèi)的數(shù)學(xué)模型來控制稀釋水閥的開度,實(shí)現(xiàn)出口物料錘度的按需調(diào)節(jié)。為避免加熱汽高流量時(shí)對混合器沖擊過大,系統(tǒng)采用二次升溫的方式,實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的物料加熱溫度。結(jié)合物料箱的料位自動控制,系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無人化值守,一旦結(jié)晶罐有入料,系統(tǒng)接收到流量信號后自動啟動并穩(wěn)定運(yùn)行,在結(jié)晶罐沒有入料的情況下,系統(tǒng)自動切換到待機(jī)狀態(tài)。本系統(tǒng)的應(yīng)用,既便于糖廠減少人員崗位的設(shè)置,又使得整個(gè)結(jié)晶過程可以連續(xù)穩(wěn)定地入料,為優(yōu)化結(jié)晶過程提供了良好的外部條件。

        2 在甘蔗糖廠的應(yīng)用

        2012/2013年榨季,英糖博華公司在生產(chǎn)線上采用了此項(xiàng)技術(shù),用于乙原的稀釋。經(jīng)過了一個(gè)榨季的觀察,取得了良好的效果。

        在使用本技術(shù)之前,在煮丙膏時(shí),結(jié)晶罐視鏡會蒙上一層泡沫狀的物料,入滿料后,糖層表面就基本是靜止的了。糖膏中的母液比較厚重,粘手,觸摸不到顆粒的存在。而使用糖蜜在線稀釋系統(tǒng)后,因?yàn)槿肓蠝囟冗_(dá)到要求,罐內(nèi)糖膏對流更好,煮糖時(shí)糖膏能垂直拋起,掛壁現(xiàn)象比較明顯,入滿料后仍感覺到糖膏在流動。糖膏顯得底液清亮,母液稀薄,摸上去顆粒突出比較明顯(就是煮糖工俗稱的“爽手”)。在操作上,由于有了物料流量計(jì),可以避免入料速度過快的現(xiàn)象。這一點(diǎn)對實(shí)現(xiàn)“合理的入料速度”這一結(jié)晶的重要因素提供了很好的操作依據(jù)。操作工有很深的體會:在使用入料系統(tǒng)初期,入料速度為10立方/小時(shí),本來很爽手的糖膏,在這種入料速度下20分鐘左右就因入料速度大于糖份的吸收速度變成了母液多的糖膏——母液充滿晶體之間,糖膏松散,用手觸摸,也摸不到顆粒的存在。后來把入料速度降到8立方/小時(shí),又再降到5立方/小時(shí),就不再出現(xiàn)入料速度大于吸收速度而形成糖膏母液多的現(xiàn)象了。在四號罐一個(gè)編號丙膏(30m3)的煮制過程,一般耗時(shí)是6小時(shí)30分鐘。除了前后煮水30分鐘外,整個(gè)過程都連續(xù)平穩(wěn)地入料。開煮初期對流好,蒸發(fā)強(qiáng)度大,入料速度相對可以快一些,到了中后期,受靜壓損失的影響,對流變慢,入料速度也隨之調(diào)小。經(jīng)過這樣的調(diào)整,基本杜絕了以往煮制過程中先把糖膏煮成母液多后再煮水補(bǔ)救的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了入料速度與糖份吸收速度的平衡。

        因?yàn)橹筇枪迺r(shí)比較緊張(7000噸/天的廠丙膏只有一個(gè)30m3和一個(gè)50m3結(jié)晶罐),煮糖時(shí)間不能做比較,但操作工明顯感覺收濃的時(shí)候會濃得比較快。其它方面的優(yōu)勢對比如下:以一月份四號罐所煮的其中52個(gè)編號丙膏(每種稀釋方式煮五罐丙膏后輪換)的數(shù)據(jù)作為分析對象,分為兩個(gè)組,一組是用原系統(tǒng)的共有26個(gè)編號丙膏,一組是用糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的共有26個(gè)編號丙膏。為減少人工誤差對數(shù)據(jù)分析的影響,每組數(shù)據(jù)去掉純度差值中三個(gè)最高值和三個(gè)最低值,得到附件中表1、表2的數(shù)據(jù)。因廠方使用的是連續(xù)助晶箱,無法進(jìn)行每編號丙膏的廢蜜重力純度對比,所以在放丙膏時(shí)采樣,對丙膏進(jìn)行抽蜜重力純度分析,而丙膏樣沒有進(jìn)行重力純度分析,為方便計(jì)算結(jié)晶率,把丙膏抽蜜的重力純度GP換算成簡純度AP。英糖博華公司本榨季的廢蜜視純度(AP)對廢蜜重力純度(GP)的比值的平均值為0.76,固按此比例進(jìn)行換算。對比兩組數(shù)據(jù),平均結(jié)晶率差值為(35.73%-35.31%)=0.42%,說明使用本系統(tǒng)后丙膏結(jié)晶率提高0.42%。

        表1 原系統(tǒng)丙膏和糖蜜數(shù)據(jù)記錄表

        續(xù)表1

        表2 使用在線物料稀釋系統(tǒng)丙膏和糖蜜數(shù)據(jù)記錄表

        經(jīng)過數(shù)個(gè)榨季的使用,證明該系統(tǒng)對制糖生產(chǎn)具有明顯的幫助作用,新舊系統(tǒng)使用效果對比如表3所示。

        表3 兩種稀釋方式的對比結(jié)果表

        3 系統(tǒng)應(yīng)用效益分析

        3.1 經(jīng)濟(jì)效益

        糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的使用有利于煮糖過程的管理、強(qiáng)化結(jié)晶過程的吸收、減少糖分回煮、減少煮制時(shí)間等,對煮煉回收、糖品質(zhì)量、減少蒸汽消耗均具有重要意義。

        為評估系統(tǒng)對提糖率的貢獻(xiàn),假設(shè)丙膏純度為57AP,則結(jié)晶率每上升1%,糖蜜純度會降1.04AP。假設(shè)甘蔗糖分14.5%,混合汁純度為85.5AP,廢蜜純度每降1AP產(chǎn)糖率提高約0.05%。綜合以上數(shù)據(jù),使用煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)后,糖蜜純度下降:1.04×0.42=0.4368AP,則產(chǎn)糖率會提高0.05×0.4368= 0.02184%。假設(shè)產(chǎn)糖率為12.5%,則100萬噸甘蔗可多產(chǎn)糖218.4噸。白砂糖按5400元/噸計(jì),則可產(chǎn)生效益1179360元。

        按丙膏對蔗比6%計(jì),則100萬噸甘蔗要煮丙膏38710 m3,可節(jié)約用水(38710/30)×0.233=300噸。若丙膏全抽二效汁汽,可節(jié)約蒸汽150噸,按一噸甘蔗渣產(chǎn)汽2噸來計(jì)算,可節(jié)約甘蔗渣75噸,甘蔗渣按150元/噸計(jì),可產(chǎn)生效益11250元。

        以上計(jì)算只針對乙原用于丙膏的稀釋,如果工廠中的甲原、甲洗及乙原全部裝上在線稀釋系統(tǒng),則產(chǎn)生的效益是只裝乙原的兩倍以上(甲原、甲洗量遠(yuǎn)比乙原量大),在此按兩倍計(jì)算,則糖蜜在線稀釋系統(tǒng)的使用可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益:(1179360+11250)×2=2381220元。

        除了以上的直接經(jīng)濟(jì)效益,在線稀釋系統(tǒng)還可以產(chǎn)生以下效益。

        第一,不需要原料箱及稀釋箱崗位工,減少人員的相關(guān)開支。

        第二,溶解了小顆粒后,大大減少了甲糖中的糖粉(某糖廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是2~4噸糖粉/50m3甲膏),提高砂糖品質(zhì)。

        第三,回收了原來外排的氨氣中的熱量。

        3.2 社會效益

        該技術(shù)的應(yīng)用推動了甘蔗制糖的技術(shù)進(jìn)步,提高制糖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,為提高我國制糖行業(yè)競爭力做出一定的貢獻(xiàn);產(chǎn)生的節(jié)能效果對社會的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)也有一定成效。

        [1] 陳維鈞,許斯欣.甘蔗制糖原理與技術(shù)(第四分冊):蔗糖結(jié)晶與成糖[M].輕工業(yè)出版社,2001.

        [2] 陳延林,韋舉兵等.煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)及其稀釋方法[P].中國專利:ZL2012 1 0294520.9,2012.

        [3] 陳延林,韋舉兵等.煮糖物料在線稀釋系統(tǒng)[P].中國專利:ZL2012 2 0410384.0,2012.

        TS244.4

        B

        2095-820X(2016)04-05

        2016-06-20

        韋舉兵(1973-),男,廣西東蘭人,工程師,主要從事制糖工程研究。

        簡介:陳延林(1981-),男,廣西合浦人,工程師,研究方向:工業(yè)自動化。

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