賀 湘，羅慧明，姚志敏

(中國輕工業(yè)廣州工程有限公司，廣東廣州511447)

0 引言

單晶冰糖是十面或十二面體的蔗糖單斜晶體，是單一晶體的大顆粒(每粒重約0.9 g以上)冰糖[1]，是白砂糖的結(jié)晶再制品。晶粒間不互相粘結(jié)，顆粒大小均勻、輪廓清晰，結(jié)晶組織嚴(yán)密、不易破碎，雜質(zhì)少，質(zhì)純味正，食用方便，是傳統(tǒng)老式冰糖的更新產(chǎn)品[2]。自然生成的單晶冰糖有白色、微黃、淡灰色等，此外市場上還有添加色素的各種彩色冰糖(主要用于出口)，比如綠色、藍(lán)色、橙色、微紅、深紅等多種顏色。單晶冰糖性溫，有止咳化痰的功效，廣泛用于食品和醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)的高檔補(bǔ)品和保健品。此外，其品質(zhì)純正，不易變質(zhì)，除可作糖果食用外，還可用于高級食品甜味劑，配制藥品、浸漬酒類和滋補(bǔ)佐藥等。

目前國內(nèi)單晶冰糖廠的生產(chǎn)過程大體相同：基于白砂糖生產(chǎn)的“種晶法”結(jié)晶原理，采用搖擺結(jié)晶工藝，以一級白砂糖為原料，經(jīng)溶解、過濾、蒸發(fā)濃縮、投種、結(jié)晶養(yǎng)晶、分蜜、干燥、包裝等工序制成。其關(guān)鍵設(shè)備為搖擺式結(jié)晶罐，冰糖的蒸發(fā)濃縮、投種、結(jié)晶養(yǎng)晶工序均在此設(shè)備內(nèi)完成。而單晶冰糖在罐內(nèi)結(jié)晶完畢后的出糖方式卻一直是單晶生產(chǎn)企業(yè)亟待研究和解決的一個(gè)重要課題，因其自動化水平低，勞動強(qiáng)度大，人工成本高，且對晶體的破損和質(zhì)量有較大影響。

本文在傳統(tǒng)結(jié)晶罐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，調(diào)整了結(jié)晶罐出糖方向，并在經(jīng)濟(jì)可靠可行的原則上，根據(jù)投資成本合理引入自動化裝置，整理和研究出幾套更省時(shí)省力的出糖方案，并對各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)，為現(xiàn)代化冰糖生產(chǎn)企業(yè)提供參考。

1 搖擺式結(jié)晶罐的改進(jìn)

1.1 傳統(tǒng)搖擺式結(jié)晶罐設(shè)計(jì)

生產(chǎn)單晶冰糖的主要設(shè)備是搖擺式結(jié)晶罐(也稱“搖擺結(jié)晶釜”)，它由罐主體和傳動兩部分組成。傳統(tǒng)的搖擺式結(jié)晶罐如圖1所示[1]。

傳統(tǒng)的結(jié)晶罐生產(chǎn)能力多為1.5 t/罐，罐體長約2.2 m，高約1.3 m，上部為半圓形，下部為橢圓形。在罐體下部有4個(gè)滾輪支承。罐體前面有視鏡、出糖門及進(jìn)糖液管口閥門；罐體后面有進(jìn)汽管，排冷凝水管及測溫點(diǎn)；罐頂有視鏡、真空管口及投晶種孔等。罐體內(nèi)橢圓上方裝有花板，花板下裝有加熱蒸汽管道。罐頂中部有肘桿與連桿連接。由偏心輪的傳動，通過連桿的往復(fù)運(yùn)動，使罐體按照一定的偏轉(zhuǎn)角(如35°)作左右搖擺運(yùn)動。

1.2 搖擺式結(jié)晶罐設(shè)計(jì)的改進(jìn)

圖1 傳統(tǒng)搖擺式結(jié)晶罐結(jié)構(gòu)及傳動裝置示意圖

隨著現(xiàn)代化冰糖企業(yè)生產(chǎn)能力的提高，傳統(tǒng)的1.5 t結(jié)晶罐生產(chǎn)能力偏小，如日產(chǎn)50 t的單晶冰糖需要1.5 t結(jié)晶罐約56～58個(gè)，若加上煮種罐，則可能需要65～70個(gè)罐，不僅使煮糖工人的出糖操作過于頻繁，而且占地面積大。因此考慮適當(dāng)加大單個(gè)結(jié)晶罐的生產(chǎn)能力，如3 t/罐，過大可能不利于穩(wěn)定煮糖，不利于產(chǎn)品質(zhì)量。東莞某冰糖廠曾經(jīng)上過5 t/罐的結(jié)晶罐，但生產(chǎn)得到的冰糖產(chǎn)品顆粒不夠均勻，且糖粉較多。

本設(shè)計(jì)鑒于結(jié)晶罐搖擺式工作方式，將出糖口調(diào)整到側(cè)面，準(zhǔn)備出糖時(shí)，將結(jié)晶罐停止在搖擺的最大角度，打開出糖門，使冰糖在重力作用下自動放糖，罐內(nèi)剩余的小部分糖，再人工耙出即可。圖2為側(cè)面出糖的生產(chǎn)能力為3 t/罐的搖擺式結(jié)晶罐示意圖，罐體長度約為3 m，高約1.8 m。其余結(jié)構(gòu)大體與傳統(tǒng)式結(jié)晶罐相同。

2 單晶冰糖幾種出糖方案研究

2.1 傳統(tǒng)的單晶冰糖出糖方式

圖2 側(cè)面出糖的搖擺式結(jié)晶罐示意圖

傳統(tǒng)的搖擺式結(jié)晶罐出糖采用人工耙糖方式，待結(jié)晶養(yǎng)晶過程完成，停止運(yùn)行結(jié)晶罐，抽蜜后即可準(zhǔn)備用專用耙出糖，如圖 3。出糖后人工推動小車去往離心機(jī)分蜜。每罐1.5 t糖需耙糖和人工運(yùn)糖3次方可出完。

人工耙糖出糖運(yùn)糖時(shí)間較長，勞動強(qiáng)度大。在人工成本日益增大的今天，減少勞動力、減輕工人勞動強(qiáng)度必然是企業(yè)要考慮的方向。

圖3 傳統(tǒng)耙糖出糖方式

2.2 幾種較先進(jìn)的單晶冰糖出糖方案

本文在如圖2側(cè)面出糖的搖擺式結(jié)晶罐(3 t/罐)的設(shè)計(jì)前提下，研究幾種單晶冰糖出糖方案，并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)，供冰糖生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合場地實(shí)際情況選擇。

2.2.1 叉車下層運(yùn)輸出糖

若樓層高度允許多層布置，則可考慮叉車在結(jié)晶罐下層(樓層高差約 3.5～4 m)運(yùn)輸出糖方式，如圖 4。結(jié)晶罐布置在第 3層，兩兩相對布置，共用一個(gè)出糖斗，出糖面在兩罐之間。出糖時(shí)結(jié)晶罐靜止在搖擺角最大的位置，打開側(cè)面的出糖門，約80%～85%的單晶冰糖可在重力作用下自動卸糖，掉入出糖斗，繼而掉入下層已就位的叉車斗，余下約15%～20%的糖人工耙出。待叉車斗滿時(shí)，關(guān)閉出糖斗下端的閥門(電動控制)，叉車將冰糖叉送至離心機(jī)進(jìn)行分蜜。出糖斗和叉車斗大小設(shè)計(jì)為1.5～1.8 t儲量，一罐糖可一次性出完，分兩次叉送。

本方案極大地減小了出糖工人的勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率。工人無需費(fèi)力耙糖，只需最后在約35°傾角下耙出余糖，省時(shí)省力，解決了傳統(tǒng)出糖勞動強(qiáng)度太大的問題。整個(gè)出糖工序只需2名工人配合，1人出糖1人開叉車即可。50 t/d的單晶冰糖產(chǎn)能，需配備約32個(gè)結(jié)晶罐，結(jié)晶樓層和出糖樓層每班需要約3名工人即可滿足生產(chǎn)。此外，一罐糖可一次性出完，無需等待即可進(jìn)入下一罐糖的煮制，節(jié)省了等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

圖4 叉車下層運(yùn)輸出糖

此方案最大的缺點(diǎn)就是樓層高度差3.5～4 m偏高，影響了冰糖的質(zhì)量，如破損率較高，外觀可能變花。出糖斗內(nèi)襯食品級軟膠，能對冰糖起到一定緩沖作用。經(jīng)摔糖實(shí)驗(yàn)證明，濕單晶冰糖從高度2 m左右摔下來，破損率達(dá)到約3%。此方案的單晶冰糖從出糖口到出糖斗底部高度約 2 m，從出糖斗到叉車斗底部也約2 m，經(jīng)2次摔糖后破損率會比較大。

另外，單晶冰糖不比白砂糖，顆粒比較大，出糖斗下部的閥門極易出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)的現(xiàn)象，使冰糖中殘余的蜜掉到叉車樓面，從而使叉車樓面衛(wèi)生狀況欠佳。針對此問題，也可考慮將叉車斗大小設(shè)計(jì)為3 t儲量，出糖斗僅為出糖緩沖通道，一罐糖一次性出完一次性叉送，但儲罐太大，叉送時(shí)需定制叉車以解決重心前移問題。2.2.2 叉車同層運(yùn)輸出糖

叉車同層運(yùn)輸出糖方式，可考慮如圖5布置。結(jié)晶罐成列布置，叉車運(yùn)輸通道即為出糖方向。結(jié)晶罐側(cè)面的出糖門為3個(gè)并排，出糖時(shí)結(jié)晶罐靜止在搖擺角最大的位置，打開第一個(gè)出糖門，約80%～85%的單晶多糖可在重力作用下自動卸糖入出糖斗余下約 15%～20%的糖人工耙出。叉車將冰糖叉送至離心機(jī)入料斗，由上面的電動葫蘆掛住出糖斗側(cè)面的掛鉤，傾斜倒入離心機(jī)入料斗。

此方案較傳統(tǒng)方案相比同樣大大減小了出糖工人的勞動強(qiáng)度，且操作面、出糖通道、運(yùn)種通道三者共用，同2.2.1方案相比節(jié)省了下層叉車出糖樓層面積。同時(shí)，單晶冰糖從罐內(nèi)到出糖斗的高差小，最大高差不到1 m，晶體出糖后幾乎沒有破碎現(xiàn)象，從而保證了晶體質(zhì)量。而出糖和運(yùn)輸在同一層，更是有利于生產(chǎn)的溝通和管理。此外，出糖斗的側(cè)面掛鉤設(shè)計(jì)，也有效避免了晶體內(nèi)糖蜜的外流，保證了樓面的衛(wèi)生狀況。

而此方案缺點(diǎn)也較明顯：首先此方案要求結(jié)晶罐基礎(chǔ)較高，與出糖斗有一定高差方能順利出糖，但太高也不行。綜合考慮設(shè)計(jì)離樓面約0.6 m高，而出糖斗高度最高約為0.8 m，如此便限制了出糖斗的大小，一罐3 t的糖需分3次出糖，不利于出糖效率的提高。其次，結(jié)晶罐架高后，每個(gè)結(jié)晶罐需設(shè)置個(gè)幾級矮梯，供煮糖工操作，使樓層布置看起來不那么美觀。再次，煮糖操作面、叉車出糖、種子運(yùn)輸共用一個(gè)通道，若生產(chǎn)調(diào)度不合理，可能會產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象，從而可能帶來生產(chǎn)安全隱患。

圖5 叉車同層運(yùn)輸出糖

2.2.3 軌道下層運(yùn)輸出糖

此方案由2.2.1變更而來，如圖6所示。結(jié)晶罐布置在第3層，兩兩相對布置，共用一個(gè)出糖斗，出糖面在兩罐之間。出糖方式與上均相同，不同的是出糖后單晶冰糖沿著出糖斗掉入下層的軌道運(yùn)輸斗，運(yùn)輸斗靠軌道送至側(cè)端，由電動葫蘆吊起送至離心機(jī)入料斗，進(jìn)而進(jìn)入離心機(jī)分蜜。

此方案具有上2個(gè)方案同樣的優(yōu)點(diǎn)，能大大減小出糖工的勞動強(qiáng)度。樓層差可設(shè)計(jì)為2～2.5 m，作為夾層使用，軌道布置于離地面約0.5 m，使單晶冰糖從結(jié)晶罐到軌道運(yùn)輸斗最大高度不超過 2 m，經(jīng)過出糖斗緩沖一次，則冰糖破損率可控制在2%以下。軌道運(yùn)輸斗儲量設(shè)計(jì)為1.2 t，3個(gè)緊密布置，分別裝1 t量，一個(gè)裝滿時(shí)依次輪到下一個(gè)。因此，3 t的單晶罐可一次性全部出完，無需等待即可進(jìn)入下一罐糖煮制，節(jié)省了等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

圖6 軌道下層運(yùn)輸出糖

此外，軌道輸送替代2.2.1中的叉車運(yùn)送，樓面荷載大大降低，節(jié)省了土建成本，而且避免了叉車運(yùn)行的碰柱風(fēng)險(xiǎn)。

其缺點(diǎn)與2.2.1類似，其一冰糖仍存在一定的破損率；其二出糖斗和軌道運(yùn)輸斗下部閥門同樣存在關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象，冰糖蜜掉入軌道樓面，衛(wèi)生狀況差，且比叉車樓面更難清理；其三，軌道出現(xiàn)故障維修時(shí)，需暫停出糖工序，待維修好后方可正常生產(chǎn)。

3 結(jié)論與展望

以上提出的幾種出糖方案，較傳統(tǒng)人工出糖方案相比，均得到了很大提高，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，減少了勞動生產(chǎn)力，極大地提高了生產(chǎn)效率，但離全自動化生產(chǎn)的目標(biāo)還存在一定距離。而結(jié)晶罐也屬于半自動出糖，仍需人工輔助。