糖厂泥汁处理技术的变革与创新
前阶段的变革过程
创新的糖厂泥汁处理技术
创新技术的基本流程和技术条件
平流式快速沉降器
高效清净脱色剂
新系统的整体配置
新技术的延伸与发展
结语

在亚硫酸法糖厂,蔗汁经过硫熏、加灰、加热后形成了大量的沉淀物,在沉淀池中沉淀下来,形成了大量的泥汁,其数量约为混合汁量的25~30%。实践证明,泥汁处理是制糖生产技术中的重要环节,对糖厂的产品质量、收回率以至生产能力都有重要的影响。

1、前阶段的变革过程

从上世纪50年代起,国内的糖厂就对泥汁处理技术进行过多次的研究和改进,大体上经历了如下几个阶段:

1、使用老式的板框式压滤机过滤泥汁,它的缺点是设备效率低,操作麻烦,工人劳动强度很大,滤泥糖份损失大。

2、50年代中期以后,广东多个糖厂(中山、南海、顺德、惠州、阳江等)装备了无滤布真空吸滤机。由于它的滤汁混浊,要回流到混合汁中再次进行澄清处理。当时蔗汁硫熏强度不高(一般在10ml以下),没有应用絮凝剂,澄清效果本来就不够好。在滤汁回流后沉淀池工作情况明显恶化,显著降低了白糖的质量。各厂经过多次试验改进,都未能解决问题,遂停止使用。

3、1964年,国家轻工业部指示广东省组织技术力量解决这个难题。指定由广东省制糖造纸工业公司牵头,组织了有关研究设计单位和糖厂的10多位工程师,集中在中山糖厂攻关。在原有的无滤布吸滤机装上滤布,和将滤布引出转鼓外连续清洗,经过多次改进和完善,在1965~1966年榨季成功运行,得到清晰的滤汁,可进入蒸发而无需回流。随后再改进了设计,在国内多数甘蔗糖厂推广,成为60~90年代国内糖厂的最主要过滤设备。但这种吸滤机也有缺点,主要是过滤速度不高、滤布消耗和滤泥糖份损失偏大。特别是滤布要连续地用大量水清洗,产生大量污水,污染环境。

4、到90年代,由于对环境保护的要求越来越高,以及糖厂的大型化要求过滤设备的效能更高,国内糖厂又参考国外经验使用了无滤布真空吸滤机,几个机械制造厂和研究设计单位对它的具体结构作了一些改进。滤汁依然混浊,需要回流再澄清,但由于糖厂已普遍应用高硫熏和高效的絮凝剂,显著提高了澄清效果,因而滤汁回流对蔗汁沉淀和产品质量的影响相对不大。它不用滤布,无洗布水,消除了糖厂的一个重要污染源。而且它的处理能力高(比用滤布的高约一倍),滤泥糖份减少(一半以上),因而很受糖厂欢迎。在近几年,这种吸滤机已在很多糖厂使用。不过它也有缺点,就是滤汁回流增大了澄清工段和沉淀池需要处理的物料量,需要相应增大相关的设备和管路。一些糖厂由于这部分设备的富余量不足,就不能使用这种设备。另外,滤汁回流会增加蔗糖的转化损失,和使沉淀物中的部分非糖份复溶,这些都不利于制糖生产。因此,也有部分糖厂不乐意用这种设备。

应当说明,上述设备和工艺基本上是应用或参考国外的方法,不是创新的技术。

2、创新的糖厂泥汁处理技术

最近几年,我们针对这个问题,研究开发了一种新的糖厂泥汁处理技术。得到广西永鑫华糖业公司的具体支持和帮助,在其所属的大新雷平糖厂应用,从2004年底开始至今已使用两个榨季,效果良好。主要表现在:

1、无滤布吸滤机的混浊的滤汁经过新工艺和新设备处理,得到质量良好的清汁,清晰透明,色泽和纯度甚至可以优于原有大沉淀池的清汁,可以进入蒸发罐,不需要回流。

2、滤汁处理分离出来的泥汁浓度高,过滤性能好,可以方便地用原有的无滤布吸滤机过滤,不用回流澄清。

3、滤汁质量可以根据需要进一步提高,加入少量的高效清净剂和控制适当的温度,就可以将它的色值降低20~35%,纯度提高0.3~0.8(均是对比大沉淀池清汁而言)。这是一个很有效的技术措施,在需要时(例如甘蔗质量不好或其他因素造成白糖质量偏低时)可以帮助糖厂解决难题。高效清净剂的加入完全可以由用户根据需要灵活掌握。

4、滤汁的处理时间很短,仅20~30分钟,而且物料都直接到后工序,不回流,显著地缩短了物料处理流程和时间,减少了蔗糖的转化损失。

大新雷平糖厂应用这项技术的两个榨季,产品质量良好,白糖色值和二氧化硫等指标都比较低,很少出二级糖,硫璜用量低于多数糖厂,大部分时间不用糖浆硫熏。该厂的工艺管理是较好的,而新的滤汁处理系统也发挥了良好的作用。该厂日榨9000多吨,沉淀池的体积只有760立方米,是不足的,原来沉淀池经常满汁,是生产上的“瓶颈”。使用新系统后,沉淀池负荷降低,运行良好,很少满载,生产顺利进行。

目前,不少糖厂的产品还有较大比例的二级糖,采用这套新技术能够显著减少二级糖的数量,提高糖厂产品质量的声誉和经济效益。

这项新技术还可以用在有滤布吸滤机的糖厂,显著提高滤汁的质量,从而改进白糖质量和煮炼过程。

这套新技术是数项新工艺和新设备的集合体,其中有两项我国的新专利,一项是圆筒形平流式快速沉降器,(专利号zl01242950.3),一项是高效清净脱色剂(专利号zl2005100658708),是我国拥有完整的自主知识产权的新技术。这两个专利和相关技术经过约6年的实验研究、大生产实践和改进,已经深入掌握了它们的技术原理和主要规律,积累了丰富的经验,构成了一整套成熟、高效、可靠和方便使用的实用技术。

3、创新技术的基本流程和技术条件

新系统的基本流程是:无滤布吸滤机的滤汁泵至反应器,在该处加入少量tr高效清净剂(对滤汁0~0.03%),反应2~3分钟后,加入微量絮凝剂(对滤汁2~3ppm),进入平流式快速沉降器分离。滤汁中原有的混浊物和部分色素与清净剂结合形成深色的沉淀物,和絮凝剂凝结一起沉淀除去,得到清亮透明而颜色较浅的清汁,放入清汁箱与沉淀池清汁混合进入蒸发罐。流程如下:

 

连续沉淀池 泥汁 无滤布吸滤机 滤泥        计量泵 清净剂    絮凝剂 

                 
清汁     滤汁   滤汁泵   升温器

 

反应器    

 溶解器

                  计量泵    
清汁箱   ―― 泥汁

快速沉降器      
                        
清汁泵   ――――   清汁      
                         
 蒸发罐                          
                         
糖浆                          

主要技术条件如下:

1、 滤汁沉降温度:80~90℃(用二效蒸发罐汁汽升温);

2、 清净脱色剂用量(对滤汁比):0~0.03%;

3、 絮凝剂用量(对滤汁比):2~3ppm;

在雷平糖厂的大生产实践说明,本系统不加入清净剂,也能沉淀良好和得到清晰的清汁,但加入少量的清净剂,清汁色泽要浅很多,呈淡黄色,不带红色,这对改进白糖色泽和光泽是大有好处的。而且清汁的纯度也提高0.3~0.6,有利于提高产糖率。

4、平流式快速沉降器

在糖厂中应用沉降法分离除去沉淀物已经有很长的历史。但是,糖厂历来所用的连续沉淀器的效果并不好:设备体积很大,造价高,需要专门的厂房,蔗汁停留时间长(一个多小时)工作不稳定,有时会“反底”。

这个新系统应用一种新型的高效专利设备――圆筒形平流式快速沉降器。实践证明它的效果很好,沉降过程快,清液清晰透明,容易管理。

这种沉降器采用液体平流的工作模式,蔗汁在器内水平流动,工作状况非常接近“静态”,汁中的沉淀物能自由迅速沉降,很少受到蔗汁流动的干扰。

沉降器的主体部分为圆筒形,底部为圆锥形。在圆筒形的主体内,装有4件垂直设置并互相平行的导流挡板,将器体的圆筒形部分分隔成为两侧各三格的互相平行的结构(见附图)。蔗汁先进入左面的入汁箱,散去气泡和产生絮凝作用,再流入沉降器。蔗汁沿着挡板水平流动,在靠近器体外边缘处向两侧转折,流到另一侧末端后又转折,再流向两侧排出。蔗汁在器内的流动过程很长,约为器体直径的一倍(略超过10米)。因为蔗汁均匀散布在很大的面积上,流动速度很低。这样,加入絮凝剂后形成的粗大絮凝沉淀物,能够以较高的速度自然沉降到器体下部。得到的清汁从器体的两侧流出。

沉降器底部圆锥体内装有低速旋转的拨桨。基于国内外糖厂应用连续沉淀器约一百年的经验教训,在泥汁区装设这种拨桨,可以促进沉淀物浓集,缩小泥汁体积,改善泥汁过滤,并消除泥汁区的死角。本设备的泥汁浓度很高,含泥量达到6~8%。

在平流式沉降器中,液体水平流动,不会干扰沉淀物的沉降过程。而传统型式的沉淀池,都是在下部入料再向上流,汁液流动直接干扰和妨碍了沉淀物的沉降。此外,在平流式沉降器中,物料水平流动距离很长,它们顺着一定的通道向前流动,顺序前进,物料条件(如温度、密度等)稍有变化也不会产生强烈的对流,不会因此而反底。而在传统的沉淀器中,新入的物料和原有的物料接触面积很大,入料条件变化会引起大容积中的物料明显对流以至反底。

平流式快速沉降器的处理能力比传统沉淀池大很多。一个日榨8000吨的糖厂,滤汁处理系统只需用1台,直径5米,高约3米。如果日榨万余吨,则沉降器直径为6~7米。

5、高效清净脱色剂

本系统应用了新的tr高效清净脱色剂。它是由广西天人科技开发有限公司从美国引进技术、经过消化吸收和进一步改良、开发成功的具有自主知识产权的高新技术产品。它是分子量特别高、盐基度很高和高纯度的复合型聚铝化合物,对糖液中的胶体、色素等杂质有很强的凝聚、除去的效能。经过权威机构用高科技方法检验分析说明,其中35%的分子量达到50000~100000,56%为分子量约10000,远远高于其他文献所报道的数值,是这方面的重要突破。它用优质材料制造、很纯净(不同于一般的聚铝产品用铝灰制造),重金属含量极低。经广西疾病预防控制中心(卫生监测检验中心)检验,该品属于"实际无毒级"。它在糖液清净中的试验应用已通过广西区科委组织的专家鉴定。它的产品是液体制剂,固含量为30~33%。

大量的实验研究证明,tr清净剂对糖厂的各种物料:清汁、滤汁、蒸发糖浆和赤糖回溶糖浆、原糖回溶糖浆等,包括亚硫酸法和碳酸法的物料,都有很好的脱色清净效果,它们特别善于除去糖液中的高分子量有色物,因而对降低白糖的色值特别有效。亚硫酸法糖厂的清汁通常都略带红色,但加入tr清净剂处理后,蔗汁的红色大部分除去,只显现青黄色。糖厂历来有这样的经验,糖汁带红色会使白糖呈灰暗色。将红色的色素除去,可显著地改善白糖的色泽和光泽。

用tr清净剂处理无滤布吸滤机滤汁的新工艺,曾先后在广西和云南不同地域的15个糖厂进行了一百多组实验室试验。虽然这些糖厂的甘蔗情况有相当大的差异,但应用tr清净剂的效果都很好。随它的加入量增加,脱色率升高(新改进的脱色剂更佳)。多次实验加入0.02~0.03%,平均脱色率达到25%,多酚类物质(蔗汁中最有害的色素)除去约20%,效果明显, 其费用对每吨滤汁约0.6~0.9元。

6、新系统的整体配置

新的糖厂泥汁处理系统还配备几种经过实践考验证明性能良好的设备,主要是:

1、 新型絮凝剂溶解器,溶解效率高,时间短,一次完成,对大分子无降解损伤。

2、 直接升温器,传热效率高,可以用低温的蒸发汁汽(二效),无加热面,不用通洗,容易管理,设备紧凑,重量轻。

3、 不锈钢制的计量泵,能准确和稳定控制流量,可靠耐用。

这套系统的设备共包括:无滤布真空吸滤机和配套设备,及滤汁箱、泵;平流式快速沉降器,升温器,反应器,絮凝剂溶解器,药剂的贮箱和计量泵等。

除吸滤机及汁泵以外,每班只需1人管理,用电量不到6 kw。

本系统全套设备的制造、配套与安装,由经验丰富、产品质量与信誉良好的机械制造厂负责。同时结合良好的现场服务(培训与开机),可以确保用户取得满意的使用效果。

7、新技术的延伸与发展

上述新技术的成功走出了亚硫酸法改革的的第一步,在此基础上,可以稳步进行亚硫酸法工艺与设备的全面重大改革,包括:

1、用平流式沉降器取代传统的多尔式沉淀池,根据蔗汁主流程沉降器的特点,在具体设计中采取适当措施,就能取得良好效果。这样就可以大大地缩小糖厂沉淀设备的体积,降低设备费用,缩短蔗汁停留时间,彻底改变沉淀池庞大笨重的面貌。

2、在中和汁中加入适量的tr清净剂(同时适当减少磷酸和硫熏量),更完全地除去胶体和色素,提高清汁质量。多次实验说明,这样得到的清汁,色值可达到碳酸法的水平,从而能够直接生产达到国家优级糖标准的产品,或者高级饮料工业用糖。

3、在上述基础上,再结合应用低温磷浮法、离子交换树脂或膜分离技术,就可以逐步实现从甘蔗汁直接生产精制糖的高级目标。

结语

糖厂泥汁和滤汁的处理,是国内外糖业界共同关心的课题。国外英国tate & lyle 公司(泰莱公司)在20世纪80年代首先研究成功了用磷浮法的工艺和设备处理石灰法糖厂的滤汁。随后,广东中山糖厂在90年代初亦研究成功用磷浮法处理亚硫酸法糖厂的吸滤汁,使糖浆和白糖质量有所提高。然而,这些方法的工艺和管理都比较复杂,技术要求较高。

我们研究成功的新技术,比上述方法简单、且效果更好。它不需要加磷酸和石灰,不需要控制ph值,不需要充气,管理控制相当容易,不需要用自控装备;而它的全面效果,包括滤汁色值的降低和纯度的升高,都超过上述的磷浮法。这说明了,它是新一代的更优良的技术。还应说明,至今的国外资料尚未发现有进行这方面研究的报道。