甘蔗糖加工装备
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《中国食品与包装工程装备手册》第179页（7805字）
1 概述
甘蔗糖生产方法有以下两类：一是按提汁方法分为压榨法、渗出法和磨压法，其中压榨法和渗出法是现行普遍采用的方法；二是按糖汁清净(澄清)工艺分类为石灰法、亚硫酸法和碳酸法，我国大多数甘蔗糖厂采用亚硫酸法，也有一些厂采用碳酸法，而石灰法仅用于粗糖生产。不同生产规模的甘蔗糖厂应选择不同的生产方法(表1－7－5)。
表1－7－5 甘蔗糖生产方法的选择
在采用压榨法制糖过程中，压榨机是糖厂增加生产能力的关键设备。近年来，甘蔗糖加工业广泛采用节能和自控技术，对提高生产效率、蔗糖质量和降低生产成本等方面发挥了积极作用。
2 加工工艺
甘蔗糖加工工艺流程见图1－7－23。
图1－7－23 甘蔗糖加工工艺流程
2．1 破碎
破碎是甘蔗糖生产的关键工序，它对蔗糖提取率有很大影响。其中压榨法采用切蔗机把甘蔗切碎，破碎度一般为60%～80%；渗出法采用撕裂机把甘蔗撕碎，破碎度一般为80%～90%；磨压法采用磨碎机把甘蔗磨碎，破碎度一般为85%左右。
2．2 蔗汁提取
2．2．1 压榨法 斩切到适应破碎度的甘蔗经3～6台压榨机进行榨汁，并在各台压榨机之间加入适量的稀蔗汁和热水，利用反复渗透法提取甘蔗中的糖分。渗透水的加入量一般控制在20%～30%(对甘蔗重量)为宜，水温为40～45℃，渗透水喷射压力为0．06～0．1MPa，加水点应接近压榨机出口，争取较长的渗透时间。一般将第1台压榨机压出的原汁和第2台压榨机压出的稀汁混合后成为压榨工段的成品，经过滤后送下道澄清工序，而以后几台压榨机压出的稀汁返回到前2台压榨机作为稀释水。排出的蔗渣含水分约45%～50%。
2．2．2 渗出法 渗出法分蔗丝渗出法和蔗渣渗出法两种，其中蔗丝渗出法是把撕碎的蔗料直接送入渗出器中，同时加入渗出水并与蔗丝相对逆流运动，渗出水加入量一般为25%～30%。蔗料温度分为3个区间(由进水温度控制)，预热区的蔗料由20～25℃提高到60～70℃；热裂区达到85～90℃；渗出区达到50～60℃。渗出时间为20min左右。提取糖分后，废蔗丝送入脱水机脱水，脱水汁澄清后送回渗出器作渗出水使用的稀汁。蔗渣含水分为50%以下。蔗渣渗出法是把破碎后的蔗丝先送入压榨机，榨出60%～70%的原汁，蔗渣再送入渗出器取出糖分，最后再送入压榨机脱水。渗出用水量为20%～25%(对甘蔗)。
2．2．3 磨压法 磨压法是近年来在压榨法和渗出法基础上发展起来的。采用磨－渗－压和磨－压－渗－压等流程提取蔗丝中的糖分，该法属逆流多级复式渗淋及多重轻挤相结合。其渗出用水量为23%～30%。加热到90～95℃后进行喷淋，使蔗丝降到55～72℃。蔗渣脱水后含水量为48%～52%。
蔗汁提取所需装备为压榨机、渗出器、磨碎机、蔗渣压干机和中间渗压机等。
2．3 蔗汁澄清
提取的蔗汁为暗绿色混浊液体，应经过加热、加澄清剂沉淀、沉降和过滤等工序，除去蔗汁中的非糖杂质，使其成为清净的透明蔗汁。
2．3．1 石灰法 石灰法是单以石灰作澄清剂对蔗汁进行澄清的方法。采用加灰和加热交替作用，使非糖分进行沉淀后分离。其工作参数为：加灰量为每处理1t甘蔗用石灰0．5～0．8kg，石灰乳浓度为15～5°Bé，石灰质量为CaO含量85%以上，加灰后蔗汁pH为7．4～8．8，经充分搅拌后进行加热，加热温度为100～105℃。总的来说，该法对蔗汁非糖分的除去有一定的效果，如蛋白质、氧化镁、硅酸、淀粉和蜡等大部分被除去，草酸、磷酸和果胶等也大部分沉淀。
该法是制造粗糖时简单易行方法。
2．3．2 亚硫酸法 亚硫酸法是在蔗汁中加入石灰和二氧化硫进行澄清蔗汁的。按澄清剂加入次序分为先硫后灰、先灰后硫和灰硫齐加三种方式。其中先硫后灰是蔗汁经预灰(pH6．0～7．0)后，进行第一次加热(60～70℃)，接着硫熏(加SO20．7～1g／L)，再加灰中和(pH7．2～7．5)，第二次加热(100～102℃)后，经沉降分离得到清汁；先灰后硫是蔗汁经第一次加热(50～55℃)后，先加灰(pH8．5～9．0)呈碱性，然后再硫熏中和(pH7．0±0．2)，第二次加热(100～102℃)后，经沉降分离得到清汁；灰硫齐加是蔗汁经预灰(pH6．6～6．8)和第一次加热(55～70℃)，再同时加入石灰乳和二氧化硫，使pH为7．0～7．2，第二次加热(100～102℃)后，经沉降分离得到清汁。
亚硫酸法澄清蔗汁的非糖分具有良好的效果，主要用于生产白糖。
2．3．3 碳酸法 碳酸法是在蔗汁中加入大量石灰，并通过二氧化碳气，生成结构紧密而易于过滤的碳酸钙沉淀，使蔗汁中的非糖分析出。为了获得较好的澄清效果，现在基本都采用双碳酸法澄清工艺。其流程是先将蔗汁加热至45～50℃后，进行预加灰(预灰时间为5～10min，pH为10．5～11，石灰量为总石灰量的10%)。然后同时加入石灰乳和通入CO2，其中加灰量为甘蔗重量的1．5%～2%(即占总石灰量的90%)，pH为10．5～11，最终碱度为0．04%～0．08%，加热温度控制在55℃左右，这时的蔗汁称为一碳饱充汁(简称一碳汁)，加热后(70～75℃)用压滤机、沉降器及吸滤机分离沉淀物。在滤汁中再加入CO2，使温度保持在70～75℃，持续5～10min后，最终pH为8．2～8．6，这时的蔗汁为二碳饱充汁(或二碳汁)。再行加热过滤，将滤汁硫熏至pH为6．9～7．1，经加热(100～105℃)而得到澄清汁。
碳酸法是生产较高质量白糖和澄清效果较好的一种澄清处理方法。
蔗汁澄清所需装备为预灰设备、硫熏器和饱充罐等，还另配置沉降器和过滤器等通用设备。
2．4 糖汁蒸发
经澄清后的糖汁浓度一般为12～16°Bx，必须蒸发浓缩成浓度为55～65°Bx的浓糖浆，才能煮糖。目前，各甘蔗糖厂多采用五效真空蒸发方案，蒸汽压力为0．2MPa(表压)以上，这种方案第一效至第二效处于加压状态，第三效至第五效为减压状态，即真空情况下操作，其操作参数见表1－7－6，系统配置参见本章第1节，其不同之处是再增加一效蒸发。糖汁蒸发所需主要装备为蒸发罐等。
表1－7－6 五效真空蒸发参数
2．5 硫熏
从蒸发罐出来的糖浆为粗糖浆，需经硫熏(pH6．0～6．6)后才能使糖浆质量达到色泽明亮，不带混浊色。硫熏所需装备为硫熏器。
2．6 煮糖
煮糖是在结晶罐中进行的，煮糖温度以60～65℃为宜，各种糖膏卸糖时所规定的浓度为：甲糖膏为93～95°Bx，乙糖膏为97～99°Bx，丙糖膏为100～102°Bx。我国甘蔗糖厂大都根据糖浆的纯度安排煮糖规程，其中糖浆纯度在74%～76%以下采用两系至两系半煮糖；糖浆纯度在76%～85%采用三系煮糖；糖浆纯度在85%经上采用三系半或四系煮糖。煮糖所需装备为结晶罐。
2．7 助晶
糖膏从结晶罐卸下来后温度还比较高，使晶粒在逐步降温的情况下继续结晶，这个过程是在助晶机中进行的。糖膏助晶后的最终温度为40℃左右为宜，降温速度取0．7～1℃／h，末端糖膏助晶时间一般控制在24h左右，乙糖膏助晶时间为8～14h，甲糖膏助晶时间为4h左右。
2．8 分蜜
糖膏是结晶糖与糖蜜的混合体，必须通过离心机使结晶糖与糖蜜分离，获得白砂糖或粗糖。末端糖膏正常分蜜时间一般在20min左右。分蜜效果与离心机筛网密度有关，一般甲、乙糖膏采用400～600目，丙糖膏采用650～900目为宜。
2．9 干燥
自分离机卸下来的白砂糖还含有0．5%～1．5%的水分，需充分干燥及冷却后才能达到质量指标，主要质量指标参见第7章第1节。
3 关键装备
3．1 切蔗机(图1－7－24)
图1－7－24 切蔗机原理图
1－蔗刀 2－刀盘 3－轴
切蔗机由蔗刀1、刀盘2、轴3和电机等部分组成。对称安装在刀盘上的蔗刀与主轴的径向中线向后倾斜60°，相邻的刀盘相错60°，使蔗刀沿轴线成螺旋线排列，由于蔗刀向后倾斜一定角度，使刀刃接触长度比直刀大，使破碎的甘蔗丝状增多，有利于压榨提汁。蔗刀排列形式有十字形直刀式和螺旋拖刀式，按旋转方向又可分顺转式和逆转式两种。
3．2 撕裂机(图1－7－25)
图1－7－25 刀片式撕裂机
1－喂料器 2－预压辊 3－面梳 4－撕裂辊 5－刀桥 6－底栏 7－蔗汁板 8－输蔗带
撕裂机按刀型分类有锯片式和刀片式两种。两种结构除刀的形式不同外，其余结构基本一致。锯片式制造维修困难，故使用较少；刀片式的刀片用普通钢板冲制而成，使用较多。刀片式撕裂机是由喂料器1、预压辊2、撕裂辊4、刀桥5和机架等部分组成。工作时，一是由预压辊2旋转完成喂料过程；二是由撕裂辊旋转完成撕裂过程。
3．3 磨碎机(图1－7－26)
图1－7－26 磨碎机
1－入料筒 2－磨筒 3－固定齿条 4－磨叶 5－转轴 6－三角带轮 7－出料口
磨碎机主要用于磨压提汁法的甘蔗破碎设备。其结构主要由入料筒1、磨筒2、磨叶4、机座及传动装置等组成。甘蔗由入料筒落进磨筒后，在离心力作用下，甘蔗被抛至磨筒内壁，被固定齿条及磨叶的齿条剪切、撕裂成蔗丝，从磨体下部排出。
3．4 压榨机(图1－7－27)
图1－7－27 压榨机
1－顶盖 2－辊辘 3－机架 4－轴承 5－侧盖 6－底座 7－底梳
压榨机的主要部件有辊辘2、轴承4、机架3、顶盖1、侧盖5、底梳7、梳刀及底座6等。辊辘分顶辊、前辊和后辊。前辊的作用是使甘蔗入辘，配合顶辊压出和排走蔗汁。顶辊的作用是使甘蔗入辘及施加压力，迫使蔗料沿底梳送至后辊及配合前、后辊工作。后辊的作用为配合顶辊压出蔗汁、排汁及排渣。底梳装在前、后辊之间，用作蔗料从前辊到后辊之间的导板，用拉杆来调节。顶辊轴承上有顶盖，内设油压装置。各辊子分别装有梳渣刀和梳汁刀，以除去粘附在辊子沟纹内的蔗渣。压榨机分二辊式、三辊式及四辊式等，其中三辊式压榨机是甘蔗榨汁的定型产品(图1－7－27)。
3．5 渗出器(图1－7－28)
图1－7－28 渗出器
1－打散器 2－分丝板 3－机体 4－布帘槽 5－筛链 6－排渣器 7－受汁盘
渗出器的形式较多，国外多采用螺旋式渗出器(参见本章第1节3．4)。国内多采用筛板链带式渗出器(图1－7－28)，其结构由打散器1、分丝板2、布帘槽4、筛链5和排渣器6等部分组成。在机内筛链上方装有布帘槽，以接受前一级泵送来的渗淋汁，布成帘状运动着的蔗丝渗淋，在筛链的上下行间设有受汁盘，供渗淋汁分格盛贮。机体尾部装有排渣器，以均匀排除经过渗淋后的蔗料。在机体头部入料口装设打散机，将进入机体的蔗料打散飞撞在分丝板上，以达到布料均匀的目的。
3．6 蔗渣压干机(图1－7－29)
图1－7－29 蔗渣压干机
1－送料螺旋 2－压缩螺旋 3－套筒 4－筒体 5－刮刀 6－汁盘
蔗渣压干机由入料斗、送料螺旋1、压缩螺旋2、筒体4、刮刀5和汁盘6等部分构成。蔗丝进入料斗后，由进料螺旋送入压缩螺旋压榨，蔗汁自筒体的栅条缝隙排入机座的汁槽内，由出汁口引出。蔗渣自筒体末端的压环与锥形套筒的环形出料口排出。
3．7 中间渗压机(图1－7－30)
图1－7－30 中间渗压机
1－槽体 2－螺旋轴 3－锥塞 4－筒体 5－刮刀 6－空心轴 7－联轴器
中间渗压机主要由槽体1、螺旋轴2、锥塞3、刮刀5和联轴器7等部分组成。槽体视需要而设一定长度，以便装设一定数量的锥塞。锥塞部位的筒体有孔板式和栅条式两种，以利排渣。在螺旋轴上每隔一定距离设一个锥塞，蔗丝通过筒体与锥塞构成环形通道时截面适当减少，压强有所提高，从而压出蔗汁。经过几段螺旋叶片的翻动和几段锥塞的多次挤压，将糖分提出来。
3．8 预灰器
预灰器有多种形式，其中使用效果好的有卧式渐进预灰器和立式渐进预灰器(参见本章第1节)。
3．9 硫熏中和器(图1－7－31)
图1－7－31 立式硫熏中和器
1－上器身 2－喷嘴 3－下器身 4－扩散器 5－上尾管 6－液封箱体
目前使用的硫熏中和器多采用管道式，有卧式(参见本章第1节硫漂器)和立式两种。其基本原理和结构大致相同。
3．10 饱充罐(图1－7－32)
图1－7－32 内循环式饱充罐
1－罐体 2－导流圆筒 3－鼓泡器
饱充罐有格板式(参见本章第1节)、内循环式等几种。其中内循环式饱充罐是我国发展的新型设备，加灰与饱充同时进行，效果良好。罐内设有一同心的导流圆筒2，导流圆筒的作用是使糖汁在罐内强烈循环，与CO2密切接触，CO2从罐中部的导管引入鼓泡器3，糖汁入罐前在管路上加灰，加灰汁以切线方向从底部入罐，经锥形扩散器进入内套筒后，与CO2混合而上升，当升至导流圆筒的顶部时则溢流至套筒处，沿环形通道往下流动，饱充汁一部分经排出管入溢流箱，一部分在罐内循环。
3．11 蒸发罐(图1－7－33)
图1－7－33 外降液式蒸发罐
1－蒸汽入口 2－浓汁出口 3－稀汁入口 4－冷凝水出口 5－氨管 6－汁汽出口 7－捕汁器 8－人孔 9－－多孔板 10－循环管
蒸发罐的类型较多，目前我国甘蔗糖厂采用外降液式蒸发罐(图1－7－33)居多。其结构主要由蒸汽入口1、浓汁出口2、稀汁入口3、冷凝水出口4、氨管5、汁汽出口6、捕汁器7、人孔8、多孔板9和循环管10等部分组成。糖汁循环管设置在罐外，使结构紧凑，减少循环管受热。汁汽室(即蒸发室)直径比汽鼓(鼓状加热室)大，形成环形排出槽，因而增大循环排汁面积，减少糖汁互相干扰，并使糖汁较均匀地排出，可避免出进汁相混。罐底安装－锥形多孔罩，使入汁均匀。罐顶用迷宫式或惯性型的捕汁器。该罐除具有标准式蒸发罐优点外，还可使汽鼓直径减小。
3．12 结晶罐(图1－7－34)
图1－7－34 列管式连续结晶罐
1－捕汁器 2－挡板 3－室内挡板 4－分室隔板 5－过料孔 6－支撑耳 7－星形卸料阀 8－下管板 9－绝热隔层 10－加热管 11－上管板 12－罐体
结晶罐形式较多，甘蔗糖厂多采用悬吊汽鼓式结晶罐(参见本章第1节)、板式连续结晶罐(参见本章第1节)和列管式连续结晶罐(图1－7－34)。列管式连续结晶罐主要由捕汁器1、挡板2、分室隔板4、过料孔5、加热管10和罐体12等部分组成。罐内分为7个分室，室中有室，在各室加热体上、下方及降液边均有数量不等、前后错开的径向挡板，使糖膏顺着各室成直流运动前进，且在每室中强烈地循环，使物料彻底混合，保证煮炼时间和稳定生产。各室之间底部过料，并通过导流挡板引导糖膏至下一室加热体一边，保证糖膏循环良好，并向出料端螺旋形前进，避免出现混晶和晶体沉积现象。加热介质为蒸汽。
3．13 助晶机、分离机和干燥机
参见本章第1节。