亞硫酸法低碳澄清新工藝的應用探討

溫亦欽，張華東

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

0 前言

長期以來，甘蔗制糖生產主要有碳酸法和亞硫酸法2種工藝[1]。碳酸法生產的白砂糖產品質量好，但它產生的大量濾泥由于堿性過高難處理，不能直接用于作物肥料，要發酵幾年才能使用，而且會造成污染，與環境保護的矛盾越來越大[2]。另外碳酸法工藝生產成本高，設備投資大，市場競爭優勢不明顯。國內多數糖廠采用亞硫酸法，設備流程簡單，投資費用少，但生產的白砂糖色值偏高、濁度高、水不溶物高。多年來一直采用傳統的亞硫酸法流程生產，使得我國大部分成品白砂糖殘留 SO2含量多在20～30 mg/kg范圍內，達不到高端飲料生產企業和制藥企業的要求。特別是亞硫酸法生產的白砂糖易返色，儲存時間不足6個月出現返黃變質現象，致使產品在國內外市場競爭力較差。

無論采用哪種生產工藝，為降低糖漿的色值和粘度，提高糖漿的質量，以利于下一步的煮煉工序，經蒸發罐排出的糖漿需進行硫熏處理，糖漿經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，不利于煮糖和分蜜，影響糖分收回和產品質量[3-4]。

因此，如何改進現有的亞硫酸法生產工藝，提高煮煉收回率，改進成品糖質量，提高市場競爭力是我國制糖產業當務之急。本文在介紹亞硫酸法低碳澄清新工藝流程、工藝指標及技術特點的基礎上，結合實踐應用討論其效果，為今后糖廠的煙道氣處理及利用奠定基礎，改良亞硫酸法工藝的不足，提高白砂糖的品質，以期對甘蔗糖業的發展起到促進和保障作用。

1 低碳澄清新工藝

低碳澄清指利用糖廠鍋爐煙道氣的CO2對澄清中和汁進行循環螺旋撞擊連續飽充反應的新工藝。中和汁通過連續飽充反應，除去蔗汁中的膠體、蛋白質、蔗脂、蠟質、樹膠質等非糖雜質，除去率較高。反應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較為徹底，且亞硫酸鈣顆粒呈空間網狀結構，沉淀物比較疏松龐大，具有強力吸附作用，能夠吸附細微的固體微粒以及多元酸鐵鹽等非糖雜質，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成本。同時可有效減少二氧化碳的排放量，為今后糖廠的煙氣利用開辟新途徑。

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內循環螺旋式飽充裝置，由一個或多個飽充反應器串聯而成。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，生成的亞硫酸鈣顆粒吸附非糖成分，經硫熏處理后的糖汁為中和汁。把中和汁送入內循環螺旋式飽充反應器進行二氧化碳飽充，二氧化碳與中和汁中剩余的氫氧化鈣反應生成碳酸鈣顆粒，碳酸鈣顆粒進一步吸附非糖分，達到更好的澄清效果，經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備流程和工藝進行后續處理。

圖1 亞硫酸法低碳澄清工藝流程圖

中和汁內循環螺旋連續式飽充反應罐設備（圖2）是甘蔗糖廠使用的一種新型飽充反應器，在反應器內設有一焊接牙紋和U型斜錐盤裝置，它們的作用是使CO2煙氣和中和汁在反應器內做有規則的循環撞擊運動。因避免送入的糖汁走短路，器頂設有散泡噴射器，以作消泡之用。CO2煙氣自反應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U型盤口與CO2煙氣混合螺旋上升。完成碳酸飽充反應的糖汁大部分泵去加熱進入沉淀器，另一部分則送去器內的散泡器循環消泡。廢汽自頂部排汽管排出，并裝有汁汽分離器收集糖汁。這種新型飽充反應器由于氣液吸收是螺旋順流式，CO2煙氣吸率達到62%～68%。

1.2 工藝指標

主要工藝技術條件如下：

⑴中和汁加灰量CaO：100 t蔗，總用灰0.34 t；

圖2 中和汁內循環螺旋連續式飽充反應罐設備圖

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）；

工藝指標（2015/16年榨季）：硫熏強度：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，經上浮后pH值6.8～7.0；精糖漿pH值6.8～7.0。

1.3 工藝技術特點

⑴此工藝方法并沒有延長流程，即沒有因為流程長而有損失。它是把中和汁箱改造成低濃度煙氣二氧化碳飽充反應器，飽充時間兩級約為2 min左右，經飽充后的中和汁反應完全，故飽充反應器不用備用，沒有積垢，中和汁泵全榨季不用輪換。中和汁沉降時間36 min，濾汁22 min即可出汁，不用延長沉淀時間也可得到比較清的清汁、濾汁。

⑵我國傳統的碳酸法糖廠都是二級飽充，一級飽充pH值10～11，二級飽充pH值8.2～8.4，都是用石灰窯提取的石灰和30%濃度的二氧化碳氣體來飽充。為了進一步降低生產成本和減少高堿濾泥量，在亞硫酸法正常用量的基礎上再增加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，沒有傳統碳酸法的濾泥污染問題。

⑶用低堿性來替代強堿性，可減少強堿性對還原糖的破壞。消和好的石灰乳在中和反應后要求pH值為 8.2～8.4，沒有反應的鈣離子繼續與煙道的二氧化碳反應完全，得到 pH為 7.4～7.6的中和汁，經加熱散汽后，再加入絮凝劑沉降后得到清汁。

⑷如果白糖標準的色值控制在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的耗量。如控制國標一級糖的色值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 應用效果

為了驗證亞硫酸法低碳澄清新工藝的應用效果，在廣西某糖廠內進行了多次試驗，試驗結果如表1和表2所示。表1和表2數據分別為傳統亞硫酸法澄清試驗和使用低碳澄清新工藝的半碳半硫制糖澄清試驗。表1試驗選擇清汁清凈效率、清汁色值、清汁鈣鹽含量、清汁濁度、重力純度差、過濾速度、沉降速度、清汁還原糖含量作為考察指標，表2試驗選擇白砂糖（一級A、一級B、一級C）色值、濁度、水不溶物、含硫量作為考察指標，判斷澄清效果的優勢。

從表1結果可知，和傳統亞硫酸法工藝的清汁查定統計數據相比，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 項目實施前后清汁查定統計數據

從表2結果可知，和傳統亞硫酸法工藝生產的白砂糖查定統計數據相比，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，一級白砂糖的色值均小于130 IU，A、B、C級白砂糖色值分別降低了11.19%、7.86%、11.17%；一級白砂糖濁度總體下降幅度最大，均小于 30 MAU，A、B、C級白砂糖濁度分別降低了42.24%、44.53%、50.57%；一級白砂糖水不溶物均小于 30 mg/kg，A、B、C級白砂糖水不溶物分別降低了19.15%、28.44%、40.30%；一級白砂糖含硫量均小于12 mg/kg，A、B、C級白砂糖含硫量分別降低了18.42%、13.36%、37.47%。

表2 項目實施前后白砂糖查定統計數據

3 經濟效益分析

使用亞硫酸法低碳澄清新工藝生產出的白砂糖產品各項指標達到中高端飲料企業和制藥企業的采購標準。生產的白砂糖產品直接向中高端飲料企業和制藥企業銷售，同期同等級的白砂糖銷售價格要比亞硫酸法生產的同等級產品高出50～80元/t，每1萬噸糖多收入50萬元，10萬t多收入500萬元。經濟效益非?？捎^，當年投入當年可收回投資成本450萬元。

4 結語

使用新型亞硫酸法低碳澄清工藝即在亞硫酸法澄清設備基礎上，新增煙氣二氧化碳反應器，縮短亞硫酸法糖廠中和汁快沉和濾汁快沉的停留時間，最大限度地提高澄清效率，減少由于停留時間所帶來的轉化損失。這種新方法突破了傳統的亞硫酸法清凈效率低的特點，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，科學地組合形成新的工藝流程，其特點是優質、高效、低耗、易行和無污染。目前利用鍋爐煙氣二氧化碳飽充中和汁的內循環螺旋連續式飽充反應方法在生產上連續成功運行，減少了糖汁灰分和罐垢，提高了糖漿純度，達到了降低殘硫物、降低水不溶物、提高白砂糖質量的目的，而且能夠降低生產成本，實現企業的利益最大化。