廢糖蜜存貯自控系統設計的探討

潘新華，劉麗花

（中國輕工業南寧設計工程有限公司，廣西 南寧 530031）

隨著我國自動控制技術的發展，制糖企業傳統的人工操作生產線也逐漸被大規模自動化生產線給替代，而制糖工藝過程產生的副產品廢糖蜜存貯自動化也得到了重視，通過提升自動化改造改進原有易發生焦化和發酵的傳統存貯模式，提升廢糖蜜的經濟價值，得到了市場的認可。

1 廢糖蜜的存貯

甘蔗經過壓榨、澄清蒸發、結晶、分蜜最大限度回收糖分后，產生的不能再次結晶的糖蜜，所以稱為廢糖蜜。由于廢糖蜜含有大量的非蔗糖成分，普遍認為廢糖蜜中的還原糖和氨基氮還會繼續發生反應，產生大量熱量及二氧化碳，導致廢糖蜜內部溫度不斷升高，最終導致廢糖蜜發黑、結塊，形成多孔的焦化物。廢糖蜜中氨基氮的含量是構成發酵的內部條件，而溫度則是主要的外部因素。通常廢糖蜜在40攝氏度以下時對發酵反應有抑制作用，一旦溫度繼續升高，發酵反應則變得劇烈不可控，廢糖蜜中的糖分將會快速流失，最終廢糖蜜變質不可再利用。由于廢糖蜜中的氨基氮主要由甘蔗原料帶來，以現有的澄清工藝手段難以去除，所以廢糖蜜存貯或輸送過程中不發生變質的關鍵措施是控制廢糖蜜溫度。

2 傳統廢糖蜜存貯自控系統

我國大部分甘蔗制糖企業多處于南方，以廣西和云南最為普遍，在每年的10、11月到第二年3、4月榨季生產期間，氣候陰冷潮濕，平均氣溫為7至17攝氏度，除個別反常年月高溫炎熱天氣之外，特別適合廢糖蜜的存貯和運輸，所以制糖企業現有的廢糖蜜存貯降溫措施相對簡單并易于操作及維護。通常存貯廢糖蜜的廢蜜罐為鋼板結構立式儲罐，弧形頂部設置通氣口，在通氣口外圈敷設一道環形噴水管，利用儲罐旁的循環水池抽水噴淋儲罐外壁，促進廢糖蜜降溫。儲罐內廢糖蜜以自然降溫為主，廢蜜罐外壁噴淋減溫為輔，通常情況下在當地氣溫升至30攝氏度以上或廢蜜罐內廢糖蜜溫度升高至43攝氏度時，噴淋降溫自控系統自動投入工作，其自控系統配置為：循環水池液位計、循環水池進水調節閥、廢蜜罐噴淋減溫水泵電控單元、廢蜜罐熱電阻、單回路PID調節器、二位控制數顯儀、中間繼電器等；廢蜜罐現場設置就地浮球液位計和雙金屬溫度計等儀表。其操作過程是根據測量所得循環水池液位PID調節器控制進水閥開度自動補水，數顯控制儀則根據熱電阻測量所得的廢蜜罐溫度發出報警信號，經過中間繼電器起停噴淋水泵電控單元，實現自動噴淋降溫?？刂圃砗唵瓮度氤杀镜?，同時后期容易維護，所以儲罐外壁噴淋減溫抑制廢糖蜜變質的辦法在制糖企業有很大的實用價值。

在榨季生產期間氣溫普遍較低，小規模糖廠只需設置一至兩個2000立方米左右的廢蜜罐加速周轉，在極少數高溫天氣使用以上自動噴淋措施即可滿足廢糖蜜存貯需求。但是對于日榨甘蔗一萬噸以上規模的大型制糖企業而言，需要設計一個至多個8000立方米左右的廢蜜罐才能滿足生產要求。特別是針對現有的規模精制糖生產企業而言，普遍在非榨季期間也進行生產，南方夏季炎熱，原先主要依靠自然冷卻的降溫效果大打折扣，同時因為廢蜜罐結構半徑的增加，廢蜜罐內部聚集的大量熱量很難完全傳導至儲罐外壁，自動噴淋降溫的措施顯得嚴重不足，噴淋系統長期處于工作狀態，也無法完全釋放聚集在儲罐內部的熱量，導致廢糖蜜存貯發生嚴重變質的隱患長期存在。

3 改進后的廢糖蜜存貯自控系統

3.1 增加板式換熱器的降溫措施

根據前文所述，使用原有廢蜜罐自動噴淋系統很難滿足精制糖生產或大型制糖企業的需求，在不同氣候條件下僅僅依靠自然冷卻和自動噴淋系統顯得尤為不足，這就需要我們在廢糖蜜進入儲罐前增加必要的降溫措施。廢糖蜜從成糖工段出來再送至廢糖蜜儲罐存貯前溫度約為65攝氏度，可以使用列管式換熱器或者板式換熱器用冷卻水將廢糖蜜降溫至30攝氏度左右。板式換熱器與傳統列管式換熱器相比換熱效率更高，結構更緊湊，體積小，同時流動擾動大，污垢不易沉積。因此本次論述以單個換熱面積為120平米的板式換熱器為例，簡單闡述一下設計思路。該板式換熱器換熱負荷為244千瓦，每小時使用27立方米25攝氏度冷卻水就能夠將12噸65攝氏度的廢糖蜜有效降溫至30攝氏度，使用一用一備即可滿足一個日榨6000噸甘蔗糖廠生產的廢糖蜜降溫需求，更大規模糖廠只需增加相應換熱器數量或者增加換熱板（增加換熱面積）即可，具體流程圖如圖1所示。

圖1 廢糖蜜存貯自控系統流程圖

3.2 廢糖蜜入罐前降溫控制和自動反洗系統

廢糖蜜黏度大錘度高，長期使用板式換熱器降溫有堵塞換熱器內部物料通道的風險，所以必須采取定期自動反沖洗措施，自動控制系統在這方面有著顯而易見的優勢。正常情況下廢糖蜜經其中一臺換熱器降溫，自控系統根據該換熱器出口廢糖蜜溫度控制冷卻水進口調節閥開度，換熱器的反沖洗熱水管路閥門自動關閉；另一臺備用換熱器自動進入反沖洗程序。反沖洗流程為：進出換熱器廢糖蜜管路閥門關閉，進出冷卻水管路關閉，反沖洗熱水管路閥門全開，清洗換熱器內部管路沉積的物料。時間繼電器到期后換熱器所有閥門自動關閉，換熱器自動進入備用狀態，等待下一個換熱器切換周期。

3.3 罐內廢糖蜜自動循環降溫控制

廢糖蜜進罐之后，自控系統根據布置在罐內四周的熱電阻溫度檢測廢糖蜜溫度，一旦發現超溫，自動打開罐底兩個出口閥門和回送板式換熱器的循環閥門，并啟動其中一臺廢蜜泵，罐內的超溫廢糖蜜物料將重新通過降溫程序再回送廢蜜罐，保證了罐內廢糖蜜溫度維持在合理范圍之內，減少變質的風險。

3.4 自控系統的配置和優點

實施上述目標，需要使用的自控設備，如表1所示。

表1 廢糖蜜自控系統的配置

自控系統主要內容有：入罐廢糖蜜溫度自動控制；板式換熱器自動反洗控制；廢蜜罐內廢糖蜜超溫循環控制；廢蜜罐液位指示；廢糖蜜裝車流量指示。

4 結語

綜上所述，選擇合適的工藝降溫設備結合先進的自動化控制手段，對于廢糖蜜存貯防焦化防發酵而言有著重要的影響和作用。改進后的廢糖蜜存貯自控系統自動化程度高，適用范圍廣，廢糖蜜保質期長；但投資大，設備多，維護成本高。制糖企業對廢糖蜜存貯降溫自控方案應根據自身規模和實際情況斟酌使用。