1、制糖的工作原理引言在这个炎热的暑假里，我们五人有幸来到了北大荒糖业进行了一次深入的调查。北大荒糖业预期经济效益，项目建成投产后,预计年产值 8,000 万元,利税 2,400 万元，利税率 30%。建设年产 4,000 吨酵母生产线，总占地面积 5 公顷，主要设备购置、安装，厂房建设及污水处理系统等。 生活无时无刻都在受环境的影响，我们对环境的意识也逐步加深，红兴隆糖厂的深化产业改革后，取得较娇人的业绩，为我县的经济腾飞做出了较大贡献，在我县提出“工业强县”的目标中起着重要的作用，也成为人民心目中的明星企业。甜菜的分布和含糖量 以甜菜为原料，经提汁、清净、蒸发、结晶和分蜜等工序制成白砂糖、绵白
2、糖等蔗糖产品的过程。 甜菜属藜科植物，有野生种和栽培种。糖用甜菜是栽培种中的一个变种，通称甜菜。它的块根中含蔗糖高，一般达 1520，是制糖工业的主要原料之一。其茎叶、青头和尾根是良好的多汁饲料。 世界上有 40 多个国家种植甜菜,主要分布在北纬 3063。种植总面积达 800 万公顷以上，年总产量近 3 亿吨，其中约 80产于欧洲。甜菜种植面积和产量最大的国家是苏联，其次是法国、联邦德国、美国和波兰等。西欧一些国家的甜菜单产达 50 吨公顷。 中国甜菜主要种植在北纬 40以北，包括东北（黑龙江、吉林、辽宁） 、华北(内蒙古、山西)和西北（新疆、甘肃、宁夏） 3 大产区。山东、江苏、陕西、河北
3、等省也有少量种植。全国种植面积约 50 万公顷，其中一半以上在黑龙江。西北产区多采用灌溉栽培，加以日照长，甜菜单产和含糖均较高。 甜菜块根分根头、根颈、根体和根尾 4 个部分。根头含糖分低，有害于制糖的物质含量高。根颈是根头和根体的结合部。根体占块根的大部分，含糖分高，含有害物质少，是对制糖最有价值的部分。根尾含糖低，而且易失水萎蔫和腐烂，收获时要切掉。 甜菜块根含糖差异甚大，其他成分也很复杂。一般水分占 75，干固物占 25，其中糖分占 17.5，非糖分占 7.5。非糖分中的不溶性物包括纤维素、半纤维素、果胶等，占 5；可溶性物包括含氮物、灰分、还原糖、有机酸等,占 2.5。可溶性含氮物和钾
4、、钠等灰分在制糖中不利于蔗糖结晶，其含量是衡量块根工艺品质的重要指数。 送往甜菜收购站和糖厂的甜菜要经过保藏以便陆续供给糖厂加工。保藏中要防止失水萎蔫和冻化变质，以减少贮存甜菜的糖分耗损和防止品质变坏。 甜菜保藏有田间临时保藏、收购站保藏和糖厂内保藏 3 种方式。在糖厂内以草帘和塑料薄膜覆盖甜菜大堆，并加以通风、灭菌，防止甜菜受冻或发热腐烂。在严寒来临时可转入冻藏。将甜菜冻固后集成长 2050 米、底宽 1220 米、高 34 米的大堆，用塑料薄膜和草帘多层覆盖，防止外界天气转暖时引起甜菜化冻。这样可以较长期保藏，甚至半年以上。 甜菜制糖的过程包括提汁、清净、蒸发、结晶、分蜜、干燥等工序,其中
5、后 4 道工序的工艺技术与甘蔗制糖的基本相同（见制糖） 。一、预处理组 先要进行甜菜预处理和切丝，然后制取渗出汁。预处理泥沙，甜菜在加工前要经过输送、除杂、洗涤等预处理。待加工甜菜存于糖厂甜菜窖，窖下设有截面呈长形、底为圆角的流送沟通往制糖车间。窑内装有水力冲卸器，以 57 倍于甜菜量的水将甜菜冲入沟内。沟上装有除草、除石设备。经流送和除去草石等杂物的甜菜送入洗涤槽，进一步洗净表面附土，除净残留砂石。机械化收获的甜菜由于含杂量大，一般要经两级洗涤。加工冻甜菜时流送洗涤还有解冻作用。流送洗涤废水可回收循环使用。也有采用干法输送的，即用传送机械将甜菜除杂，直接送到洗涤槽。 二、切丝 洗净甜菜通常用
6、斗式升运机或皮带机经磁力除铁后送入切丝机的贮斗中。常用切丝机有平盘式和离心式，平盘式切丝机主要由垂直轴和旋转刀盘构成。嵌有切丝刀的刀框置于刀盘外圈上，盘中央安装主轴和传动装置并用罩帽盖住，刀盘外缘装有套筒与罩帽形成环状空间，充入甜菜柱。在刀框的上部有一逐渐缩小通道的压菜板，当刀盘旋转时甜菜被夹住压向切丝刀而切成菜丝。离心式切丝机刀框直立于机身的圆周壁上。落入机内的甜菜在随主轴转动的三桨蜗形板和惯性离心力作用下沿筒壁移动而被固定在壁上的刀片切成菜丝。切丝刀片有带立刃和不带立刃的波纹形刀，也有平板梳形刀。中国多采用带立刃的波纹形刀。切出的菜丝为 V 形。菜丝应厚度均匀 ,具有一定弹性和机械强度并有
7、较大的表面积。菜丝群的透水性应良好，以利于糖分提取。新鲜甜菜切出的菜丝长度应在 8m/100g 以上,碎片小于 5，不含联片。 三、渗出 渗出汁制取，以水为溶剂将菜丝中糖分提取出来的过程称渗出，得到的含糖水溶液叫渗出汁，提取糖分后的菜丝叫废粕。 渗出中要求以一定量的水最大限度地将菜丝中糖分提取出来，而非糖分则尽量保留在废粕中。 甜菜中的蔗糖存在于细胞液中，切成菜丝后菜丝表面上许多细胞被切破，渗出时糖分连同非糖分被浸出。但菜丝内部细胞中的糖分被包在细胞壁内，必须使构成细胞壁的原生质发生变性才能通过细胞壁渗析出来。用加热的方法可使原生质凝固，菜丝被水浸泡时糖分借助渗析作用扩散到水（汁）中，水则渗透
8、到细胞内。这样菜丝中的糖分不断进入汁中，直到汁中的糖分浓度接近菜丝中的时为止。 生产中采用逆流渗出的方法，即菜丝从渗出器的一端连续进入,导向另一端排出;渗出用水则从出菜端连续进入，与菜丝作逆向流动进行渗出后至进菜端排出。由于进水是与将要排出的废粕接触，进菜丝则与含糖分将达最高的汁接触,故菜、汁间始终能保持一定浓度差,使渗出过程得以快速、有效进行。 渗出中菜丝质量、温度、时间、提汁率（所得渗出汁质量对菜丝质量的百分数） 、菜丝与汁的接触方式、微生物活动等都是重要控制因素。选用性能优良的渗出器也极为重要。 渗出设备经历了由间断到连续的发展过程，中国在 60 年代开始用连续渗出器取代间断操作的渗出罐
9、组。连续渗出器主要有转鼓式、喷淋式、塔式、斜槽式等形式，各具特点，工艺效果大体相近。大型渗出器单台生产能力已达 700010000 吨（甜菜）日或更高,并实行自动控制。 中国甜菜糖厂多采用 Dds 斜槽式双螺旋连续渗出器（图 1） 。器体呈长槽形，与地面成 8倾角。槽内设两条平行、反向旋转、部分叠交的螺旋推进器。螺旋叶由不同间距的螺带焊成，在同步旋转中将菜丝由渗出器的低端(首端) 推向高端（尾端） 。首端上面是菜丝进口。渗出器的尾端有可以调节方向的进水喷头和回送压粕水的进水管以及排出废粕用轮。渗出器的侧面和底面有分段夹套式蒸汽加热室。 菜丝经皮带秤称量后，由带式输送机送至渗出器的进菜斗，在双螺
10、旋的推动下菜丝大体沿双螺旋线缓慢前进。温度为 5060、pH5.5 6.5 的渗出用水及回收的压粕水从渗出器的尾端进入，靠位差与菜丝作逆向流动。底面和侧面的蒸汽夹套中通以来自多效蒸发罐的汁汽，将菜水混合物加热到要求的温度。 渗出温度是重要的控制参数，既要满足甜菜细胞壁原生质凝固的要求，又要防止细胞壁高温水解、菜丝变软失去弹性而导致渗出汁纯度降低和流通困难。适宜的温度还可有效地控制器内微生物的活动。随加工甜菜品质不同，最适温度为 7075（新鲜甜菜）或6570（冻甜菜、冻化甜菜） 。自身没有加热面的渗出器如转鼓式等，则可用加热后的渗出汁将冷菜丝热烫到 7072后，再送入渗出器中。 菜丝在渗出器中
11、大约延留 6080 分钟，菜丝中的糖分几乎全被提取出来,废粕含糖约0.3（对甜菜）以下。 渗出汁通过首端的除渣板输出。用泵送到清净工序。提汁率一般控制在 110120，以便充分降低废粕含糖又不致过于冲稀糖汁。 渗出汁呈暗褐色，微酸性(pH6.06.5) ，易起泡沫。除含有 1216的蔗糖外，还含有 2左右的多种非糖分。成分受甜菜品质、贮存情况和渗出条件等影响而有很大差异（见表） 。 渗出过程中须按需要加入灭菌剂和消泡剂，以维持正常操作，加工冻化甜菜时尤为重要。 渗出器排出的废粕经压榨脱水后得到压粕和压粕水。压粕水经过必要处理后可回收到渗出器中。湿粕（约含干固物 67）量约为加工甜菜量的 90。
12、 四、清净 渗出汁中非糖分的存在会对加工造成困难，影响糖品质量并增加废蜜量和糖分损失。因此在进行糖汁浓缩和结晶之前要进行清净，以尽可能地清除非糖分。清净目的是：除去渗出汁中的悬浮粒子；中和渗出汁的酸性；除去着色物质；尽量除去非糖分，尤其是表面活性非糖分和胶体物。通过清净使糖汁纯度提高、粘度和色值降低，为煮糖（结晶）制备好优质原料糖浆。 方法 糖汁清净要通过加入清净剂实现。常用清净剂有石灰(CaO)、二氧化碳 CO2 和二氧化硫 SO2。 按照所用主要清净剂的不同，糖汁清净基本上有石灰法、亚硫酸法和碳酸法 3 类。后者清净效果最佳。甜菜糖厂通常用甜菜直接生产质量较高的白糖，一般采用碳酸法。通常两
13、次充入碳酸气，又叫双碳酸法。工艺流程见图 2。对渗出汁先进行预加灰（以石灰乳形式加入） ，以中和酸度和最大限度地凝聚和沉淀非糖分（主要是胶体等高分子物质） 。然后加热，再加入过量石灰乳，即主加灰，作用是：使非糖分在强碱高温作用下分解，提高糖汁的热稳定性；为以后碳酸饱充提供足够的氢氧化钙。主灰汁经加热后第一次充入碳酸气，将氢氧化钙饱充生成不溶解的碳酸钙。新生的碳酸钙对非糖分有良好的吸附作用，与饱充至最佳碱度下凝聚的非糖分结成颗粒沉淀。经过滤除去沉淀非糖分后再加热进行第二次碳酸饱充，使糖汁中剩余的氢氧化钙和钙盐量降至最低限度。否则在糖汁蒸发过程中会使加热面上严重积垢。而非糖分过多的带入糖浆中不但会
14、使结晶发生困难,且提高废蜜量,增加工艺糖分损失。在蒸发前后糖汁还要进行硫漂 (通入 SO2)，进一步降低色值和粘度，并起杀菌作用。 双碳酸法清净一般可除去渗出汁中 3045的非糖分。尽管清净效率还不够高，但许多有害非糖分的去除已可满足结晶前的要求，可生产出质量较高的白糖。碳酸法制糖中的工艺糖分总损失约为 3（对甜菜） ，即从含糖 15的菜丝中约可获得 12的糖。 传统的双碳酸法清净还存在着一些缺点，如流程较长，清净效率不太高，石灰耗用较大，对原料质量变化的适应性较差等。近几十年来许多国家对此传统流程作了大量研究，建立了一些更适合于自己条件和要求的改进流程。 中国甜菜糖厂生产期长，加工甜菜中约有
15、 70是冻固甜菜及冻化甜菜。此时甜菜质量下降，渗出汁纯度降低，还原糖含量升高（较新鲜暖甜菜高 45 倍） 。因此在清净工艺上要作相应改进才能保证生产正常进行。主要改进工艺有:在预加灰中增加碳酸饱充泥汁回流,采用渐进预灰设备及延长预灰作用时间。泥汁回流能促进非糖分凝聚沉淀，增大沉淀粒子的粒度和重度。采用渐进预灰可使糖汁碱度均匀逐步上升，胶体凝聚更加完全。预灰作用时间则相应延长至 20 分钟以上以提高效果。在主加灰中，一般在暖甜菜加工期间采用热主灰（温度 8085）,流程较为简单,糖汁过滤性能也好。加工冻菜及冻化腐烂甜菜时采用冷主灰(温度 40左右)，可降低还原糖分解的增色率，以保证中间制品糖的色
16、值。 为了更好地处理冻化腐烂变质甜菜，在第一次碳酸饱充前增加预饱充过程，让预饱充汁经过滤后再进行两次饱充，可改善糖汁沉降过滤性能并提高清净效率。 设备: 上述清净用设备按作用可分 4 类：化学反应设备，包括预灰桶、主灰桶、碳酸饱充罐和硫漂器等。在设备内进行化学反应和改变糖汁 pH 值，使非糖分凝聚、沉淀和分解。加热设备,用于加热以降低糖汁粘度,促进胶体凝聚，加速化学反应的进行，在一定条件下还有利于提高糖汁的热稳定性。过滤设备，包括各种沉降器和过滤机，用以除去沉淀和凝聚的非糖分，获得清汁。制造清净剂设备，主要是石灰窑和燃硫炉。用焦炭或无烟煤在石灰窑内煅烧石灰石制得石灰和二氧化碳。 离子交换清净技
17、术 为了提高清净效果，制糖工业中开展了离子交换树脂，离子交换膜电渗析、超滤、反渗透、表面活性剂等清净技术的研究。其中离子交换法比较成熟，效果显著。糖汁在清净中如加上离子交换处理,非糖分可除去 95以上,色素物质几乎完全清除，糖汁纯度可达 98，可制成精糖。 离子交换技术主要应用在:脱盐,用 H+型阳离子交换树脂及 OH-型阴离子交换树脂脱去糖汁中的盐类。脱钙，用于处理稀汁,将糖汁中的钙盐转变为钠盐,以减少和避免蒸发罐、加热器壁上结垢。脱钾、钠，糖浆中存在的钾、钠离子会妨碍蔗糖结晶，增加蜜中糖分。可用镁离子交换树脂将钾、钠离子脱去。脱色，利用离子交换树脂有吸附色素的作用将糖汁脱色。转化，在 H+
18、离子作用下将蔗糖转化成葡萄糖和果糖，制成部分或全部转化的液体糖。 用离子交换法清净糖汁的优点：提高糖分回收率和产品质量，降低废蜜量。减少蒸发罐、加热器内的结垢。对各种不同质量的甜菜具有极强的适应能力。可用以直接制得精白糖和高级糖浆等。 碳酸法因其经济有效而长期沿用。离子交换法则通常是在碳酸法清净的基础上作深度清净，进一步提高产品质量和产糖率。但终究因费用高、又产生大量重污染度废水而未获普遍采用。 五、蒸发 一种有隔室蒸发罐属于制糖用蒸发罐。其主要是将蒸发罐底封头，降液管和上管板上方蒸发室全部隔成若干个相应的隔室，蒸发室不全部隔开，只隔开糖汁，不隔开汁汽，隔板高度以超过正常糖汁的沸腾液位为准。进
19、入蒸发罐的糖汁依次由第一隔室到最后一隔室，基本上做到先进罐的糖汁先出罐，后进罐的糖汁后出罐。克服了现有蒸发罐糖汁回混程度大，停留时间长，传热效率低，积垢快等缺点。而且使用可靠，结构简易可行。 六、结晶实用新型公开了一种制糖真空结晶罐下置式搅拌装置，由主动轴、叶轮、电机等组成，该结晶罐罐体底部中心设有一个孔，主动轴的一端伸入到罐体的中心降液管内，在中心降液管内的主动轴一端设有叶轮，主动轴另一端与电机连接，罐体底部设有导流锥，在主动轴与导流锥的连接处，依次设有机械密封装置与填料函密封装置，罐体底部还设有出糖口。本实用新型结构简单，不仅具有提高糖膏在结晶罐中的循环速度，提高结晶罐的传热系数和蒸发强度
20、，缩短煮糖时间，提高产品质量和收回的显著优点，而且因采用了填料函密封和机械密封的双重密封，从而解决了下置式不易密封的问题。加速结晶速度。 七、分离炼糖期二次硫熏出来的糖浆，加入活性炭后，用液固分离机过滤，该过滤介质实际是理想的过滤层，不用担心要先形成过滤层，而是直接隔滤活性炭的粒子，所以液体内全部固体杂质都能除掉，过滤前糖浆色值 6.95st.经过滤后 3.7 st.经过滤速度 9.1 升/分。比过去生产葡萄糖浆时测得的板框压滤机过滤速度 1.5/分快很多。八、包装最后一步就是装袋封闭。这就是制糖的整个过程，但还是不够详细，详细的步骤可以绘制一幅制糖工艺流程图。九、总结在这次调查中我也发现了一
21、些问题，也总结出精炼糖厂要注意的事项： （一）工艺流程的选择，要先将产品质量要求和日产量确定下来。根据原料的质量纯度、转光度、色值、晶体粒度（包括砂粒均匀率）和其他杂质含量来选用生产方法，当然流程越简单越好。关于世界各地糖厂生产优质白糖的工艺流程和广东省使用原糖生产精糖的工艺流程，我在技术学习班编写的学习讲义中精炼糖生产的工艺管理可作参考。（二）原糖粒度直接影响蜜洗的操作和回收，砂粒粗而均匀，蜜洗容易，收回结晶糖多，复筛蜜量少，且纯度低，物料回煮量便少，耗汽量降低，对节约能源有帮助，砂粒大小不匀，不单分蜜困难，大量细砂跑到复筛蜜里，复蜜量多且纯度高，得糖率低。（三）使用白糖作精炼原料，可以减去
22、蜜洗这工序，和不用处理色值深杂质多的复筛蜜。我们也可以考虑将复筛蜜，稀释到 60BX.左右，用 UF 高效液固分离机处理后再去煮糖，所以采用原糖作原料，可先考虑生产白糖，再回溶精炼，当然原糖能直接生产精糖最好。（四）炼糖过程除了回溶粗糖时，要注入大量热水外，整个流程加入的石灰乳、磷酸液、絮凝剂等澄清材料，都含有不少水份，如果要经离子交换脱色，那反洗回收的稀液甜水也不少，还有煮糖过程的用水，这些水分都要用蒸汽来蒸煮的。如何减少过程中的用水量，是降低成本的关键。所以要严格控制糖浆各阶段的锤度，石灰乳的浓度等，防止浪费用水和用汽。（五）炼糖过程各阶段糖液的色值，应重点来抓，通过色值的变化来调整工艺条件，精糖蜜的回煮，也是通过色值来控制，糖液多次煮炼，色素便会加深，可考虑再经活性炭来脱色。（六）精炼糖厂对精炼工段，全部的设备和管道，都应是用不锈钢或铜材来制造，工艺使用的冷、热水最好经液固分离机处理好，不含杂质和悬浮物。（七）对于洗甜菜的污水应处理后再排放。通过这次调查，我的收获很多，使我明白了一个道理：虽然这次调查有一点挫折，但从中也有欢声笑语。调查的经历已经过去，可我还会回头看一下我在那里留下的脚印，我想这是所谓的：纸上来得终觉浅，绝知此事要躬行！
