甜菜糖加工装备

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168页（9720字）

1 概述

甜菜糖工艺技术主要采用碳酸法，其中渗出器是提高产糖量和提高生产能力最关键的设备之一。采用高效的清净工艺以后，可以提高碳酸法清净效率。在部分甜菜糖生产线上已采用了自动控制装置，主要控制温度、压力、流量、pH及糖汁渗出等方面。近年来，许多甜菜糖厂注重了综合利用问题，用废糖蜜制造酒精、味精、酵母及柠檬酸等产品。

2 加工工艺

碳酸法制糖工艺流程见图1－7－1。

图1－7－1 碳酸法工艺流程

2．1 去杂

对甜菜进行除草、去石和清洗，以除去夹杂或粘在甜菜中的杂物。去杂所需装备为除石器、洗菜机等。

2．2 切丝

用切丝机把洗净的甜菜切成菜丝，菜丝规格为长10mm，宽3～5mm，厚0．5mm的人字形菜丝时，其糖分渗出效果最佳，碎片碎渣不得超过5%，没有联片。切丝所需装备为切丝机。

2．3 糖分渗出

糖分渗出一般采用逆流渗出工艺(即菜丝和渗出用水的流动方向相反)效果最好，主要表现在用水量少和糖分渗出率高。用水量与甜菜丝重量之比为1∶1．2。渗出用水应呈微酸性，pH为6．0～6．5较好，用水起始温度约45℃。当菜丝温度达到60℃时开始进入渗出阶段。渗出最高温度：冻甜菜70～75℃，新鲜甜菜75～78℃，切记不能超过80℃。渗出时间以60～70min为宜。糖分渗出所需装备为连续渗出器。

2．4 预灰

在渗出汁中加入少量石灰，加入量为甜菜重量的0．15%～0．3%，pH11。预灰分冷预灰(35～45℃)、温预灰(50～65℃)和热预灰(75～80℃)。预灰温度与预灰时间的关系见表1－7－1。预灰所需装备为预灰器。

表1－7－1 预灰温度与预灰时间的关系

2．5 主灰

在预灰汁中再加入石灰，加入量为菜丝重量的2%～3%。国内普遍采用冷预灰热主灰流程，操作时先将预灰汁加热到80～85℃再加灰，作用时间为80～10min为宜。主灰所需装备为主灰桶。

2．6 碳酸饱充

向主灰汁中通入二氧化碳沉淀石灰和助滤(吸附非糖分)的过程称为一碳饱充。一碳饱充时终点碱度为pH10．8～11．2，氧化钙含量为0．08%～0．10%，饱充时间为8～10min，饱充温度为80～85℃，一碳汁经过滤后为一清汁。对一清汁再加入二氧化碳除去少量石灰和钙盐的过程称为二碳饱充。二碳饱充时最佳碱度为：鲜甜菜为0．012CaO%～0．016CaO%，冻甜菜为0．006CaO%～0．012CaO%，饱充温度为102℃，饱充时间为3～5min。二碳汁经过滤后为二清汁。碳酸饱充所需装备为饱充罐。

2．7 硫漂

在二清汁中加入二氧化硫使碱度小于0．010CaO%，呈微碱性，即稀漂汁pH8．0～8．5，浓漂汁pH7．5～8．0，糖汁压力为0．3～0．4MPa。硫漂汁过滤后得到纯度为90%以上和固形物14%左右的稀(糖)汁。硫漂所需装备为硫漂器。

2．8 糖汁蒸发

糖汁蒸发的作用是将含水量为86%左右的稀(糖)汁蒸发浓缩为含60%～65%固形物的浓(糖)汁，以便进入煮糖工序。甜菜糖厂均使用蒸汽作热源的多效蒸发装置，加热蒸汽只通过第一效，其余各效均用前一效糖汁蒸发生成的二次蒸汽加热。目前我国甜菜糖厂较多采用的蒸发工艺为三效压力带浓缩罐蒸发流程和四效低真空蒸发流程，其操作参数见表1－7－2和表1－7－3。这两种工艺中，四效低真空蒸发方案多被应用于大、中型甜菜糖厂，其系统配置见图1－7－2。糖汁蒸发所需装备为蒸发罐。

表1－7－2 三效压力带浓缩罐蒸发参数

表1－7－3 四效低真空蒸发参数

图1－7－2 四效低真空蒸发系统配置图

1－稀汁加热器 2－蒸发罐 3－自蒸发器 4－热水鼓 5－热水平衡箱 6－糖汁平衡箱 7－冷水箱 8－冷凝器 9－冷凝水箱 10－真空泵

2．9 煮糖

糖汁在结晶罐中进一步浓缩成过饱和糖液，并析出结晶糖的过程为煮糖，而结晶糖与母液的混合物称为糖膏。由蒸发糖汁(和回溶的低质糖)在结晶罐中煮成的糖膏称为一号糖膏(称为一膏)，一膏经助晶和分离后得到一砂糖(白砂糖)、一原蜜和一洗蜜。一砂糖是糖厂的成品，而一原蜜和一洗蜜因含较多糖分需要再煮制，所得糖膏称为二膏，二膏经助晶和分离得到二砂糖和二混蜜。二混蜜再度煮制所得糖膏称为三膏，三膏经助晶和分离得到三砂糖和废蜜。煮糖段数根据糖汁纯度高低和煮糖技术水平来确定。一般糖汁纯度在90%左右采用两段煮糖系统，糖汁纯度在91%～94%时采用三段煮糖系统。三段煮糖的操作参数见表1－7－4。煮糖所需装备为结晶罐。

表1－7－4 三段煮糖操作参数

2．10 助晶

糖膏助晶是煮糖结晶的继续。其操作参数为：助晶时间为48h左右，入助晶机的糖膏温度为75～78℃，助晶终了糖膏温度为40℃左右。助晶所需装备为助晶机。

2．11 分蜜

糖膏内含有40%～60%蔗糖晶粒和60%～40%的母液，需借助离心机所产生的离心力使母液和晶粒分开，取得砂糖和糖蜜。分蜜时间(不含卸糖时间)一般为：一号糖膏为5～6min，二号糖膏为8～12min，三号糖膏为20～30min。糖膏分蜜所需装备为上悬式间歇离心机和锥形连续离心机等。

2．12 干燥

砂糖的干燥主要是热空气干燥法，热空气温度应小于100℃，砂糖经干燥后的含水量为：优级白砂糖≤0．06%，一级白砂糖≤0．07%，二级白砂糖≤0．12%。赤砂糖(水分≤3．5%)在分蜜过程中可达要求，不需再干燥。砂糖干燥所需装备为振动式干燥机和转筒式干燥机等。

3 关键装备

3．1 除石器(图1－7－3)

图1－7－3 除石器

1－筒体 2－螺旋带 3－扬送轮 4－溜槽 5－主轴 6－齿圈 7－流送沟

除石器由两段组成：前段是个砂石扬送轮，除砂部分是2个半环形挖斗，除石部分是两个沉井斗，二者相通；后段是一带筛孔的转筒，内外壁上焊有三条螺带。整个除石器通过中心轴架在流送沟上，圆筒底与流送沟底相平。

菜水混合物进入转筒时，由于流通截面扩大，流速降低，相对密度大的石块、砂子沉降下来，甜菜继续前进。石块由螺旋带2反向推回到扬送轮3，小石块和砂子通过筒壁筛孔落到转筒外，被筒外螺带推向扬送轮排出去。当流送水量少时，甜菜也会和石头一起被内螺旋带推回到扬送轮排出。故菜水比要适当控制。该机除石率达90%以上。

3．2 洗菜机

3．2．1 满水式洗菜机(图1－7－4) 满水式洗菜机机身为一卧式半圆槽，分洗涤段和排出段。洗涤段内有一主轴2，轴上装有若干桨叶1，排成螺旋状，主轴旋转时可搅拌甜菜使其冲撞、摩擦和洗涤，并将甜菜推移前进而进入排出段槽体6。槽底上层带筛孔，下层是实底，泥砂通过筛孔而落入实底，定期由排污门9排出。排出段上方设有横轴4，轴上装有带勺铁臂5，轴旋转时将甜菜捞起沿勺端滑出机外，石头则留在底部而落入除石器8中，杂草连同污水从溢流口12溢出。该机除洗涤外还具有除石和除草功效，机内甜菜量不可过少，否则因碰撞和摩擦效果减弱，影响洗涤效果。

图1－74 满水式洗菜机

1－桨叶 2－主轴 3－洗涤段槽体 4－横轴 5－带勺铁臂 6－排出段槽体 7－挡板 8－除石器 9－排污门 10－槽体实底 11－筛孔底 12－溢流口

3．2．2 喷淋式洗菜机(图1－7－5) 喷淋式洗菜机由振动槽1和高压喷嘴3构成，槽底是带豁口的波纹板2，甜菜从槽的一端送入，在槽的振动作用下连续前进，槽的上下都安有高压喷嘴，在高压水流冲刷下甜菜不断翻滚而被洗净。该机洗涤时间短，糖分损失低，运转部件不直接与水接触。

图1－7－5 喷淋式洗菜机

1－振动槽 2－波纹板 3－高压喷嘴

3．3 切丝机

3．3．1 盘式切丝机(图1－7－6) 盘式切丝机主要由主轴3和旋转刀盘1组成，切丝刀装在刀盘的刀穴中，刀盘中央安装主轴和伞形轮传动装置。切丝机刀盘上方装一菜斗4，甜菜进入菜斗后，甜菜在刀盘的转动下进行切丝，楔形槽6的作用是刀盘转动时，甜菜被压向切丝刀，直至被切完为止。该机需停机换刀，甜菜喂入量少时影响切丝质量。

图1－7－6 盘式切丝机

1－旋转刀盘 2－自动除石装置 3－主轴 4－菜斗 5－机壳 6－楔形槽 7－刀框 8－底座

3．3．2 离心式切丝机(图1－7－7) 离心式切丝机在不动的立式圆筒1上装有刀片，圆筒上面装有贮菜斗，筒内有绕主轴旋转的三桨蜗牛形装置4，甜菜从贮菜斗进入旋转的蜗牛形装置后，被离心力和弯曲桨压向圆筒壁的刀片上，甜菜沿筒壁移动而被切成丝。该机可不停机换刀，并在一定转速下调整切丝量。

图1－7－7 离心式切丝机

1－圆筒 2－主轴 3－贮斗 4－蜗牛形装置 5－刀框 6－外壳

3．4 连续渗出器(图1－7－8)

图1－7－8 连续渗出器

1－螺旋桨叶 2－进水喷头 3－压粕室 4－加热室 5－箅子

连续渗出器机体为一倾斜安装的长槽，内设2条并列的螺旋输送装置，将菜丝均衡地从渗出器首端推向尾端。首端处设有提汁篦子，壳体上开设菜丝进料斗。在尾端安有可调节方向的进水喷头2。工作时，2条螺旋桨叶1以相反方向转动，菜丝与渗出液作逆流运动，不断地将菜丝内糖分提取出来，经箅子5流入贮桶，废粕由排粕轮抛出渗出器。该机对菜丝质量的波动很敏感，碎菜丝不能太多。

3．5 预灰器

3．5．1 卧式渐进预灰器(图1－7－9) 卧式渐进预灰器主体是一具有U型横断面的卧式长槽，槽内由5块不到底的固定隔板2将其分为6格，固定板上方安有活动隔板1，格内装有桨式搅拌器3，渗出汁从第一格端板上部送入，石灰乳在溢流口附近加入，预灰汁从第6格上部溢出。该机能保证糖汁碱度的缓慢上升，并避免了局部过碱，可获得稳定的大颗粒沉淀。

图1－7－9 卧式渐进预灰器

1－活动隔板 2－固定隔板 3－搅拌器 4－槽体

3．5．2 立式

渐进预灰器(图1－ 7－10) 立式渐进预灰器主体为一立式锥底桶，中间有若干层(6～8层)隔板将桶沿垂直方向分成相等的若干室2，隔板固定在桶壁上，每层隔板中心有一个圆孔，安装隔层桨式搅拌器1。当搅拌器旋转时渗出汁受离心力作用从中心孔吸入，石灰乳从桶下部进入，从而使每格内的渗出汁碱度相对稳定，而又沿着预灰桶从上到下使碱度逐渐增加，预灰汁从底部经回流孔排出。

图1－7－10 立式渐进预灰器

1－隔层桨式搅拌器 2－室 3－回流孔 4－中心孔

3．6 主灰桶(图1－7－11)

图1－7－11 主灰桶

1－圆筒 2－搅拌器

主灰桶是一个立式平底(或锥底)的圆筒1，内装隔板和搅拌器2，石灰乳从上部加入，预灰汁从下部进入。工作时，由于搅拌器的转动使预灰汁和石灰乳边混合边分解，碱度逐渐上升，达到主灰碱度要求后从溢流处流出，沉渣则不定期地从桶底排污口排出。

3．7 饱充罐(图1－7－12)

图1－7－12 逆流式饱充罐

1－排气管 2－捕糖器 3－圆筒 4－栅格

饱充罐是一个立式圆筒，上部直径略大，以利于消除泡沫，顶上有排气管和捕糖器，底部为锥形，易于排渣。罐内一般设有3～5层栅格，以增大气液接触面积，二氧化碳气从底部沿4个切线方向进入，饱充好的糖汁从底部经溢流口排出。饱充罐有逆流式与顺流式两种。逆流式二氧化碳与主灰汁呈逆向流动，逆流式有利于提高气液接触面积，但泡沫增多。该机饱充效果较好，二氧化碳吸收率可达70%～75%，可获得稳定的大颗粒沉淀，糖汁过滤阻力系数较小，但在生产不稳定时易发生冒罐现象。

3．8 硫漂器

3．8．1 硫漂罐(图1－7－13) 硫漂罐是立式圆柱形铁罐，罐内有几层磁环格栅，以便糖汁均匀地与SO₂混合，罐内充满气体(SO₂)，饱充汁从罐顶喷淋下来通过层层格栅，以便糖汁硫化处理，吸收二氧化硫的硫漂汁于底部排出，二氧化硫由鼓风机或喷射器引进罐内。该罐二氧化硫的吸收率为60%～80%。

图1－7－13 硫漂罐

1－罐 2－磁环栅格

3．8．2 管道硫漂器(图1－7－14) 管道硫漂器是由进汁管2、二氧化硫入口管4和混合管5等管道组合而成。利用离心泵使饱充汁以一定压力通过环形喷嘴，产生高速射流，产生一定的真空而将二氧化硫气体不断地吸入，同时使气液两相物料迅速和充分地混合。充分混合后的硫漂汁从管道一端排出。该机二氧化硫的吸收率为98%左右。

图1－7－14 管道硫漂器

1－手轮 2－进汁管 3－喷嘴 4－二氧化硫入口管 5－混合管 6－支架 7－扩大管 8－反应管

当糖汁突然减少时可冒出二氧化硫气体，设备积垢较多，需经常清理。

3．9 蒸发罐

蒸发罐的类型很多，甜菜糖厂主要采用标准式蒸发罐(图1－7－15)。该蒸发罐主体为一立柱，下部设有加热室5、加热管4、进料管8和出料管7，中部设有汁汽室3，氨气管2；上部设有捕汁器1。蒸汽进入后通过管壁传递给糖汁，糖汁在管内受热上升，随即从中央循环管下降，汽凝水由加热室底部引出，被蒸发到给定浓度的糖汁从蒸发罐底部排出。当汁汽流经捕汁器(罐顶部)并利用离心力使汽液进一步分离，分离出的液体回流入蒸发罐内，汽体则排出罐外。

图1－7－15 标准式蒸发罐

1－捕汁器 2－氨气管 3－汁气室 4－加热管 5－加热室 6－出料漏斗 7－出料管 8－进料管

3．10 结晶罐

煮糖是在结晶罐中进行的。结晶罐分为间歇式和连续式两大类，我国甜菜糖厂普遍采用悬吊汽鼓式结晶罐和板式连续结晶罐。

3．10．1 悬吊汽鼓式结晶罐(图1－7－16) 悬吊汽鼓式结晶罐由汽鼓1、蒸发室2、捕糖器3和放糖阀4组成。罐体是一密闭的圆柱形容器，下部为加热室(汽鼓)；上部为蒸发室(即糖膏沸腾和汁汽分离空间)，汁汽管连接真空冷凝器，以维持罐内具有一定的真空度，降低糖膏沸点温度，避免糖膏色值增加、蒸糖转化和非糖分分解。糖浆从结晶罐底部进入后与蒸汽接触，进一步蒸发水分。被煮制成结晶率较高的糖膏经放糖阀排出罐外。

图1－7－16 悬吊汽鼓式结晶罐

1－汽鼓 2－蒸发室 3－捕糖器 4－放糖阀

3．10．2 板式连续结晶罐(图1－7－17) 板式连续结晶罐为一长形卧式罐，罐内分为7个室，第1～3室进行养晶，第5～6室进行煮制，第7室进行浓缩，相邻两室设有隔板，并交错地由上部或下部开孔，作为糖膏流入下一室的通道。每室各装有一组加热片、加热蒸汽管和排凝结水管等。前三室底部还设有加热夹套，以增强糖膏的循环，并防止罐底沉晶。糖浆由第一室底部进入，然后有次序地由上到下和由下到上交错地流经7个室。糖膏最后由第7室下部排出。

图1－7－17 板式连续结晶罐

1－扇形加热片(第1～3室) 2－矩形加热片(第4～7室) 3－加热夹套(第1～3室) 4－加热蒸汽管 5－凝结水排出管 6－进料管 7－分室隔板 8－隔板下部过料口 9－隔板上部过料口 10－汁汽排出口 11－解除真空阀 12－视镜 13－人孔 14－出料管 15－采样洗手盆 16－洗水管 17－排残料管

3．11 助晶机

助晶机是使结晶罐卸出的糖膏进行冷却养晶的机械，其原理是将蔗糖从过饱和糖液中结晶析出。助晶机分为TZL型和TSL型两种，前者是自然冷却式，多用于－号、二号糖膏的助晶；后者是水冷却式，多用于三号糖膏的助晶。两者的结构基本相同，不同之处是TSL型的搅拌装置中每个椭圆搅拌环上加冷却盘管。该机主要由槽体、搅拌装置和传动装置构成(图1－7－18)。

图1－7－18 助晶机

1－手动装置 2－传动装置 3－箱体 4－搅拌装置 5－冷却装置

3．12 分离机

甜菜糖厂糖膏结晶体与母液的分离主要采用上悬式间歇离心机和锥形连续离心机。

3．12．1 上悬式间歇离心机(图1－7－19) 上悬式间歇离心机由主轴8、电动机10、转鼓5和底盘1等部分组成。垂直的主轴上方装有电动机，供动力输入。主轴下部装有作高速旋转的转鼓(筛篮)，转鼓侧壁有均匀分布的算孔，内附孔径应小于砂糖晶粒的金属筛网。当糖膏进入旋转的转鼓后，在离心力的作用下使糖膏中的母液通过筛孔甩出转鼓，砂糖晶粒则留在转鼓内，停机后在转鼓底部自动卸料。

图1－7－19 上悬式间歇离心机

1－底盘 2－锥形帽 3－外壳 4－空心轴 5－转鼓 6－分散盘 7－洗水管 8－主轴 9－支架 10－电动机

3．12．2 锥形连续离心机(图1－7－20) 锥形连续离心机由锥篮(内附筛网)5、分布盘2、排蜜沟8和进出料口等部分组成，锥篮上大下小。糖膏从与转鼓同－轴线的进料口垂直进入分布盘，并均匀地把糖膏分布于筛网上进行分离。由于离心力的作用，晶粒和母液分层，晶粒从锥篮小端移至大端，糖膏在网面上逐渐脱液，借助惯性实现卸糖，使晶粒和母液分两路排出机外。

图1－7－20 锥形连续离心机

1－钟罩式布料提温器 2－分布盘 3－环形挡板 4－压环 5－锥篮 6－橡胶挡环 7－小孔 8－排蜜沟

3．13 砂糖干燥机

砂糖干燥机主要有振动式干燥机和转筒式干燥机两种。

3．13．1 振动式干燥机(图1－7－21) 振动式干燥机电机身1、顶盖2、热空气入口4、砂糖出口5、振臂10、空气隔板9、帆布套8等部分组成。机体上部装有密封顶盖2，盖顶有若干抽气短管，抽气总管与短管之间用弹簧支撑的帆布套相连。离底部－定高度处装有隔板6使其分成上下两层，隔板倾斜连接处有－定间隙，使送入下层的空气通过间隙与上层砂糖接触。操作时，冷、热空气分别以机体前、后底部进入，透过糖层至顶盖，由抽风机排至微糖收集器。该机前半部供热空气进行干燥，后半部供给冷空气进行冷却。

图1－7－21 振动式干燥机

1－机身 2－顶盖 3－入料斗 4－热空气入口 5－砂糖出口 6－隔板 7－废气出口 8－帆布套 9－空气隔板 10－振臂 11－冷空气入口

3．13．2 转筒式干燥机(图1－7－22) 转筒式干燥机由转筒1、滚圈2、传动装置5、电动机6等部分组成。圆柱转筒内装有若干条螺旋形排列的抄板，当转筒转动时，抄板把砂糖带到高处，然后分散落下向前移动，此时砂糖与热空气均匀接触，以加快干燥速度。

图1－7－22 转筒式干燥机

1－转筒 2－滚圈 3－托辊 4－啮轮环 5－传动装置 6－电动机 7－放糖室 8－端面密封装置