溫亦欽，張華東

（1廣西來(lái)賓永鑫糖業(yè)有限公司，廣西來(lái)賓546100；2廣西來(lái)賓東糖桂寶有限公司，廣西來(lái)賓546100）

0 前言

長(zhǎng)期以來(lái)，甘蔗制糖生產(chǎn)主要有碳酸法和亞硫酸法2種工藝[1]。碳酸法生產(chǎn)的白砂糖產(chǎn)品質(zhì)量好，但它產(chǎn)生的大量濾泥由于堿性過(guò)高難處理，不能直接用于作物肥料，要發(fā)酵幾年才能使用，而且會(huì)造成污染，與環(huán)境保護(hù)的矛盾越來(lái)越大[2]。另外碳酸法工藝生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不明顯。國(guó)內(nèi)多數(shù)糖廠采用亞硫酸法，設(shè)備流程簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，但生產(chǎn)的白砂糖色值偏高、濁度高、水不溶物高。多年來(lái)一直采用傳統(tǒng)的亞硫酸法流程生產(chǎn)，使得我國(guó)大部分成品白砂糖殘留 SO2含量多在20～30 mg/kg范圍內(nèi)，達(dá)不到高端飲料生產(chǎn)企業(yè)和制藥企業(yè)的要求。特別是亞硫酸法生產(chǎn)的白砂糖易返色，儲(chǔ)存時(shí)間不足6個(gè)月出現(xiàn)返黃變質(zhì)現(xiàn)象，致使產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差。

無(wú)論采用哪種生產(chǎn)工藝，為降低糖漿的色值和粘度，提高糖漿的質(zhì)量，以利于下一步的煮煉工序，經(jīng)蒸發(fā)罐排出的糖漿需進(jìn)行硫熏處理，糖漿經(jīng)硫熏處理后有降低粘度和漂白作用，但清糖漿仍含有懸浮雜質(zhì)，不利于煮糖和分蜜，影響糖分收回和產(chǎn)品質(zhì)量[3-4]。

因此，如何改進(jìn)現(xiàn)有的亞硫酸法生產(chǎn)工藝，提高煮煉收回率，改進(jìn)成品糖質(zhì)量，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是我國(guó)制糖產(chǎn)業(yè)當(dāng)務(wù)之急。本文在介紹亞硫酸法低碳澄清新工藝流程、工藝指標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用討論其效果，為今后糖廠的煙道氣處理及利用奠定基礎(chǔ)，改良亞硫酸法工藝的不足，提高白砂糖的品質(zhì)，以期對(duì)甘蔗糖業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)和保障作用。

1 低碳澄清新工藝

低碳澄清指利用糖廠鍋爐煙道氣的CO2對(duì)澄清中和汁進(jìn)行循環(huán)螺旋撞擊連續(xù)飽充反應(yīng)的新工藝。中和汁通過(guò)連續(xù)飽充反應(yīng)，除去蔗汁中的膠體、蛋白質(zhì)、蔗脂、蠟質(zhì)、樹(shù)膠質(zhì)等非糖雜質(zhì)，除去率較高。反應(yīng)pH值控制在8.2～8.4，在堿性條件下蔗汁中的鈣離子和亞硫酸根離子反應(yīng)較為徹底，且亞硫酸鈣顆粒呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沉淀物比較疏松龐大，具有強(qiáng)力吸附作用，能夠吸附細(xì)微的固體微粒以及多元酸鐵鹽等非糖雜質(zhì)，提高清凈效率，降低清汁色值、濁度、粘度，提高清汁純度，減少硫磺、磷酸等原輔材料的使用量，也大大降低了制糖生產(chǎn)成本。同時(shí)可有效減少二氧化碳的排放量，為今后糖廠的煙氣利用開(kāi)辟新途徑。

1.1 低碳澄清工藝流程

利用煙氣飽充中和汁的低碳澄清工藝的裝置包括依次連接的硫熏中和裝置和多級(jí)內(nèi)循環(huán)螺旋式飽充裝置，由一個(gè)或多個(gè)飽充反應(yīng)器串聯(lián)而成。亞硫酸法低碳工藝流程如圖1所示。糖廠壓榨工段獲得混合汁，混合汁由換熱器加熱后送入硫熏中和裝置，由二氧化硫與石灰乳反應(yīng)，生成的亞硫酸鈣顆粒吸附非糖成分，經(jīng)硫熏處理后的糖汁為中和汁。把中和汁送入內(nèi)循環(huán)螺旋式飽充反應(yīng)器進(jìn)行二氧化碳飽充，二氧化碳與中和汁中剩余的氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣顆粒，碳酸鈣顆粒進(jìn)一步吸附非糖分，達(dá)到更好的澄清效果，經(jīng)碳酸飽充處理后的糖汁為碳飽充汁。將碳飽充汁送到加熱器和沉降池，按照目前糖廠中的設(shè)備流程和工藝進(jìn)行后續(xù)處理。

圖1 亞硫酸法低碳澄清工藝流程圖

中和汁內(nèi)循環(huán)螺旋連續(xù)式飽充反應(yīng)罐設(shè)備（圖2）是甘蔗糖廠使用的一種新型飽充反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有一焊接牙紋和U型斜錐盤(pán)裝置，它們的作用是使CO2煙氣和中和汁在反應(yīng)器內(nèi)做有規(guī)則的循環(huán)撞擊運(yùn)動(dòng)。因避免送入的糖汁走短路，器頂設(shè)有散泡噴射器，以作消泡之用。CO2煙氣自反應(yīng)器上部引入至器底的鼓泡器中，中和汁自器底的切線方向送入，通過(guò)U型盤(pán)口與CO2煙氣混合螺旋上升。完成碳酸飽充反應(yīng)的糖汁大部分泵去加熱進(jìn)入沉淀器，另一部分則送去器內(nèi)的散泡器循環(huán)消泡。廢汽自頂部排汽管排出，并裝有汁汽分離器收集糖汁。這種新型飽充反應(yīng)器由于氣液吸收是螺旋順流式，CO2煙氣吸率達(dá)到62%～68%。

1.2 工藝指標(biāo)

主要工藝技術(shù)條件如下：

⑴中和汁加灰量CaO：100 t蔗，總用灰0.34 t；

圖2 中和汁內(nèi)循環(huán)螺旋連續(xù)式飽充反應(yīng)罐設(shè)備圖

⑵中和硫漂控制pH值8.2～8.4；

⑶碳酸飽充pH 7.4～7.6（以清汁為準(zhǔn)）；

工藝指標(biāo)（2015/16年榨季）：硫熏強(qiáng)度：24.0～28.0 mL；總磷酸值：400～450 mg/kg；清汁pH值7.4～7.6；濾汁pH值7.4；粗糖漿pH值7.1～7.3，經(jīng)上浮后pH值6.8～7.0；精糖漿pH值6.8～7.0。

1.3 工藝技術(shù)特點(diǎn)

⑴此工藝方法并沒(méi)有延長(zhǎng)流程，即沒(méi)有因?yàn)榱鞒涕L(zhǎng)而有損失。它是把中和汁箱改造成低濃度煙氣二氧化碳飽充反應(yīng)器，飽充時(shí)間兩級(jí)約為2 min左右，經(jīng)飽充后的中和汁反應(yīng)完全，故飽充反應(yīng)器不用備用，沒(méi)有積垢，中和汁泵全榨季不用輪換。中和汁沉降時(shí)間36 min，濾汁22 min即可出汁，不用延長(zhǎng)沉淀時(shí)間也可得到比較清的清汁、濾汁。

⑵我國(guó)傳統(tǒng)的碳酸法糖廠都是二級(jí)飽充，一級(jí)飽充pH值10～11，二級(jí)飽充pH值8.2～8.4，都是用石灰窯提取的石灰和30%濃度的二氧化碳?xì)怏w來(lái)飽充。為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本和減少高堿濾泥量，在亞硫酸法正常用量的基礎(chǔ)上再增加12%濃度的二氧化碳煙氣即可。處理后的濾泥仍為微堿性，可作肥料，沒(méi)有傳統(tǒng)碳酸法的濾泥污染問(wèn)題。

⑶用低堿性來(lái)替代強(qiáng)堿性，可減少?gòu)?qiáng)堿性對(duì)還原糖的破壞。消和好的石灰乳在中和反應(yīng)后要求pH值為 8.2～8.4，沒(méi)有反應(yīng)的鈣離子繼續(xù)與煙道的二氧化碳反應(yīng)完全，得到 pH為 7.4～7.6的中和汁，經(jīng)加熱散汽后，再加入絮凝劑沉降后得到清汁。

⑷如果白糖標(biāo)準(zhǔn)的色值控制在120 IU以下，濁度控制在15 MAU左右，水不溶物控制在15 mg/kg左右，原輔材料還是用原來(lái)的耗量。如控制國(guó)標(biāo)一級(jí)糖的色值150 IU以下，濁度160 MAU以下，水不溶物40 mg/kg以下才能降低硫磺及磷酸用量，即磷酸、硫磺可以減少20%用量。

2 應(yīng)用效果

為了驗(yàn)證亞硫酸法低碳澄清新工藝的應(yīng)用效果，在廣西某糖廠內(nèi)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。表1和表2數(shù)據(jù)分別為傳統(tǒng)亞硫酸法澄清試驗(yàn)和使用低碳澄清新工藝的半碳半硫制糖澄清試驗(yàn)。表1試驗(yàn)選擇清汁清凈效率、清汁色值、清汁鈣鹽含量、清汁濁度、重力純度差、過(guò)濾速度、沉降速度、清汁還原糖含量作為考察指標(biāo)，表2試驗(yàn)選擇白砂糖（一級(jí)A、一級(jí)B、一級(jí)C）色值、濁度、水不溶物、含硫量作為考察指標(biāo)，判斷澄清效果的優(yōu)勢(shì)。

從表1結(jié)果可知，和傳統(tǒng)亞硫酸法工藝的清汁查定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，使用低碳澄清新工藝的清汁的清凈效率和重力純度差都有所提高，分別提高了23.54%和28.04%，而清汁色值、鈣鹽含量、清汁濁度、過(guò)濾速度、沉降速度以及還原糖含量都有所下降，即清汁色值下降了 16.31%；鈣鹽含量下降了11.43%；清汁濁度下降了22.51%；過(guò)濾速度的下降幅度最大，為50.89%；沉降速度下降了27.88%；還原糖含量下降了14.89%。

表1 項(xiàng)目實(shí)施前后清汁查定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

從表2結(jié)果可知，和傳統(tǒng)亞硫酸法工藝生產(chǎn)的白砂糖查定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，使用低碳澄清新工藝的白砂糖的色值、濁度、水不溶物以及含硫量都有所下降，一級(jí)白砂糖的色值均小于130 IU，A、B、C級(jí)白砂糖色值分別降低了11.19%、7.86%、11.17%；一級(jí)白砂糖濁度總體下降幅度最大，均小于 30 MAU，A、B、C級(jí)白砂糖濁度分別降低了42.24%、44.53%、50.57%；一級(jí)白砂糖水不溶物均小于 30 mg/kg，A、B、C級(jí)白砂糖水不溶物分別降低了19.15%、28.44%、40.30%；一級(jí)白砂糖含硫量均小于12 mg/kg，A、B、C級(jí)白砂糖含硫量分別降低了18.42%、13.36%、37.47%。

表2 項(xiàng)目實(shí)施前后白砂糖查定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

使用亞硫酸法低碳澄清新工藝生產(chǎn)出的白砂糖產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到中高端飲料企業(yè)和制藥企業(yè)的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)的白砂糖產(chǎn)品直接向中高端飲料企業(yè)和制藥企業(yè)銷(xiāo)售，同期同等級(jí)的白砂糖銷(xiāo)售價(jià)格要比亞硫酸法生產(chǎn)的同等級(jí)產(chǎn)品高出50～80元/t，每1萬(wàn)噸糖多收入50萬(wàn)元，10萬(wàn)t多收入500萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，當(dāng)年投入當(dāng)年可收回投資成本450萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

使用新型亞硫酸法低碳澄清工藝即在亞硫酸法澄清設(shè)備基礎(chǔ)上，新增煙氣二氧化碳反應(yīng)器，縮短亞硫酸法糖廠中和汁快沉和濾汁快沉的停留時(shí)間，最大限度地提高澄清效率，減少由于停留時(shí)間所帶來(lái)的轉(zhuǎn)化損失。這種新方法突破了傳統(tǒng)的亞硫酸法清凈效率低的特點(diǎn)，是由碳酸法、亞硫酸法“混合雜交”生成的新工藝，吸取了這2種方法的原理和精華，科學(xué)地組合形成新的工藝流程，其特點(diǎn)是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、易行和無(wú)污染。目前利用鍋爐煙氣二氧化碳飽充中和汁的內(nèi)循環(huán)螺旋連續(xù)式飽充反應(yīng)方法在生產(chǎn)上連續(xù)成功運(yùn)行，減少了糖汁灰分和罐垢，提高了糖漿純度，達(dá)到了降低殘硫物、降低水不溶物、提高白砂糖質(zhì)量的目的，而且能夠降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的利益最大化。