1、制糖的工作原理引言在這個(gè)炎熱的暑假里，我們五人有幸來(lái)到了北大荒糖業(yè)進(jìn)行了一次深入的調(diào)查。北大荒 糖業(yè)預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，項(xiàng)目建成投產(chǎn)后,預(yù)計(jì)年產(chǎn)值 8,000 萬(wàn)元,利稅 2,400 萬(wàn)元，利稅率 30%。建設(shè)年產(chǎn) 4,000 噸酵母生產(chǎn)線，總占地面積5 公頃，主要設(shè)備購(gòu)置、安裝，廠房建設(shè)及污水處理系統(tǒng)等。 生活無(wú)時(shí)無(wú)刻都在受環(huán)境的影響，我們對(duì)環(huán)境的意識(shí)也逐步加深，紅興隆糖廠的深化產(chǎn)業(yè)改革后，取得較嬌人的業(yè)績(jī)，為我縣的經(jīng)濟(jì)騰飛做出了較大貢獻(xiàn)，在我縣提出 “工業(yè)強(qiáng)縣”的目標(biāo)中起著重要的作用，也成為人民心目中的明星企業(yè)。甜菜的分布和含糖量以甜菜為原料，經(jīng)提汁、清凈、蒸發(fā)、結(jié)晶和分蜜等工序制成白砂糖、綿白

2、糖等蔗糖產(chǎn)品的過(guò)程。甜菜屬藜科植物，有野生種和栽培種。糖用甜菜是栽培種中的一個(gè)變種，通稱甜菜。它的塊根中含蔗糖高，一般達(dá) 1520，是制糖工業(yè)的主要原料之一。其莖葉、青頭和尾根是良好的多汁飼料。世界上有 40 多個(gè)國(guó)家種植甜菜,主要分布在北緯 3063。種植總面積達(dá) 800 萬(wàn)公頃 以上，年總產(chǎn)量近3 億噸，其中約80產(chǎn)于歐洲。甜菜種植面積和產(chǎn)量最大的國(guó)家是蘇聯(lián)， 其次是法國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、美國(guó)和波蘭等。西歐一些國(guó)家的甜菜單產(chǎn)達(dá)50 噸公頃。中國(guó)甜菜主要種植在北緯 40以北，包括東北（黑龍江、吉林、遼寧）、華北(內(nèi)蒙古、山西)和西北（新疆、甘肅、寧夏） 3 大產(chǎn)區(qū)。山東、江蘇、陜西、河北等省也有少

3、量種植。全國(guó)種植面積約 50 萬(wàn)公頃，其中一半以上在黑龍江。西北產(chǎn)區(qū)多采用灌溉栽培，加以日照長(zhǎng)，甜菜單產(chǎn)和含糖均較高。甜菜塊根分根頭、根頸、根體和根尾 4 個(gè)部分。根頭含糖分低，有害于制糖的物質(zhì)含量高。根頸是根頭和根體的結(jié)合部。根體占?jí)K根的大部分，含糖分高，含有害物質(zhì)少，是對(duì)制糖最有價(jià)值的部分。根尾含糖低，而且易失水萎蔫和腐爛，收獲時(shí)要切掉。甜菜塊根含糖差異甚大，其他成分也很復(fù)雜。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纖維素、半纖維素、果膠等，占5；可溶性物包括含氮物、灰分、還原糖、有機(jī)酸等,占 2.5?？扇苄院锖外?、鈉等灰分在制糖中

4、不利于蔗糖結(jié)晶，其含量是衡量塊根工藝品質(zhì)的重要指數(shù)。送往甜菜收購(gòu)站和糖廠的甜菜要經(jīng)過(guò)保藏以便陸續(xù)供給糖廠加工。保藏中要防止失水萎蔫和凍化變質(zhì)，以減少貯存甜菜的糖分耗損和防止品質(zhì)變壞。甜菜保藏有田間臨時(shí)保藏、收購(gòu)站保藏和糖廠內(nèi)保藏 3 種方式。在糖廠內(nèi)以草簾和塑料薄膜覆蓋甜菜大堆，并加以通風(fēng)、滅菌，防止甜菜受凍或發(fā)熱腐爛。在嚴(yán)寒來(lái)臨時(shí)可轉(zhuǎn)入 凍藏。將甜菜凍固后集成長(zhǎng) 2050 米、底寬 1220 米、高 34 米的大堆，用塑料薄膜和草簾多層覆蓋，防止外界天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)引起甜菜化凍。這樣可以較長(zhǎng)期保藏，甚至半年以上。甜菜制糖的過(guò)程包括提汁、清凈、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜、干燥等工序,其中后 4 道工序的工藝技

5、術(shù)與甘蔗制糖的基本相同（見(jiàn)制糖）。一、預(yù)處理組先要進(jìn)行甜菜預(yù)處理和切絲，然后制取滲出汁。預(yù)處理泥沙，甜菜在加工前要經(jīng)過(guò)輸送、除雜、洗滌等預(yù)處理。待加工甜菜存于糖廠甜菜窖，窖下設(shè)有截面呈長(zhǎng)形、底為圓角的流送 溝通往制糖車間。窯內(nèi)裝有水力沖卸器，以 57 倍于甜菜量的水將甜菜沖入溝內(nèi)。溝上裝有除草、除石設(shè)備。經(jīng)流送和除去草石等雜物的甜菜送入洗滌槽，進(jìn)一步洗凈表面附土，除凈殘留砂石。機(jī)械化收獲的甜菜由于含雜量大，一般要經(jīng)兩級(jí)洗滌。加工凍甜菜時(shí)流送洗滌還有解凍作用。流送洗滌廢水可回收循環(huán)使用。也有采用干法輸送的，即用傳送機(jī)械將甜菜除雜，直接送到洗滌槽。二、切絲洗凈甜菜通常用斗式升運(yùn)機(jī)或皮帶機(jī)經(jīng)磁力除鐵

6、后送入切絲機(jī)的貯斗中。常用切絲機(jī)有 平盤式和離心式，平盤式切絲機(jī)主要由垂直軸和旋轉(zhuǎn)刀盤構(gòu)成。嵌有切絲刀的刀框置于刀盤 外圈上，盤中央安裝主軸和傳動(dòng)裝置并用罩帽蓋住，刀盤外緣裝有套筒與罩帽形成環(huán)狀空間， 充入甜菜柱。在刀框的上部有一逐漸縮小通道的壓菜板，當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)時(shí)甜菜被夾住壓向切絲 刀而切成菜絲。離心式切絲機(jī)刀框直立于機(jī)身的圓周壁上。落入機(jī)內(nèi)的甜菜在隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的 三槳蝸形板和慣性離心力作用下沿筒壁移動(dòng)而被固定在壁上的刀片切成菜絲。切絲刀片有帶立刃和不帶立刃的波紋形刀，也有平板梳形刀。中國(guó)多采用帶立刃的波紋形刀。切出的菜絲為 V 形。菜絲應(yīng)厚度均勻,具有一定彈性和機(jī)械強(qiáng)度并有較大的表面積。菜絲群

7、的透水性應(yīng)良好，以利于糖分提取。新鮮甜菜切出的菜絲長(zhǎng)度應(yīng)在 8m/100g 以上,碎片小于 5，不含聯(lián)片。三、滲出滲出汁制取，以水為溶劑將菜絲中糖分提取出來(lái)的過(guò)程稱滲出，得到的含糖水溶液叫滲出汁，提取糖分后的菜絲叫廢粕。滲出中要求以一定量的水最大限度地將菜絲中糖分提取出來(lái)，而非糖分則盡量保留在廢粕中。甜菜中的蔗糖存在于細(xì)胞液中，切成菜絲后菜絲表面上許多細(xì)胞被切破，滲出時(shí)糖分連 同非糖分被浸出。但菜絲內(nèi)部細(xì)胞中的糖分被包在細(xì)胞壁內(nèi)，必須使構(gòu)成細(xì)胞壁的原生質(zhì)發(fā) 生變性才能通過(guò)細(xì)胞壁滲析出來(lái)。用加熱的方法可使原生質(zhì)凝固，菜絲被水浸泡時(shí)糖分借助 滲析作用擴(kuò)散到水（汁）中，水則滲透到細(xì)胞內(nèi)。這樣菜絲中的

8、糖分不斷進(jìn)入汁中，直到汁中的糖分濃度接近菜絲中的時(shí)為止。生產(chǎn)中采用逆流滲出的方法，即菜絲從滲出器的一端連續(xù)進(jìn)入,導(dǎo)向另一端排出;滲出用水則從出菜端連續(xù)進(jìn)入，與菜絲作逆向流動(dòng)進(jìn)行滲出后至進(jìn)菜端排出。由于進(jìn)水是與將要排出的廢粕接觸，進(jìn)菜絲則與含糖分將達(dá)最高的汁接觸,故菜、汁間始終能保持一定濃度差,使?jié)B出過(guò)程得以快速、有效進(jìn)行。滲出中菜絲質(zhì)量、溫度、時(shí)間、提汁率（所得滲出汁質(zhì)量對(duì)菜絲質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)）、菜絲與汁的接觸方式、微生物活動(dòng)等都是重要控制因素。選用性能優(yōu)良的滲出器也極為重要。滲出設(shè)備經(jīng)歷了由間斷到連續(xù)的發(fā)展過(guò)程，中國(guó)在60 年代開(kāi)始用連續(xù)滲出器取代間斷操作的滲出罐組。連續(xù)滲出器主要有轉(zhuǎn)鼓式、噴淋

9、式、塔式、斜槽式等形式，各具特點(diǎn)，工藝效果大體相近。大型滲出器單臺(tái)生產(chǎn)能力已達(dá) 700010000 噸（甜菜）日或更高,并實(shí)行自動(dòng)控制。中國(guó)甜菜糖廠多采用 Dds 斜槽式雙螺旋連續(xù)滲出器（圖1）。器體呈長(zhǎng)槽形，與地面成 8傾角。槽內(nèi)設(shè)兩條平行、反向旋轉(zhuǎn)、部分疊交的螺旋推進(jìn)器。螺旋葉由不同間距的螺帶 焊成，在同步旋轉(zhuǎn)中將菜絲由滲出器的低端(首端)推向高端（尾端）。首端上面是菜絲進(jìn)口。滲出器的尾端有可以調(diào)節(jié)方向的進(jìn)水噴頭和回送壓粕水的進(jìn)水管以及排出廢粕用輪。滲出器 的側(cè)面和底面有分段夾套式蒸汽加熱室。菜絲經(jīng)皮帶秤稱量后，由帶式輸送機(jī)送至滲出器的進(jìn)菜斗，在雙螺旋的推動(dòng)下菜絲大體沿雙螺旋線緩慢前進(jìn)。溫

10、度為 5060、pH5.56.5 的滲出用水及回收的壓粕水從滲出器的尾端進(jìn)入，靠位差與菜絲作逆向流動(dòng)。底面和側(cè)面的蒸汽夾套中通以來(lái)自多效蒸發(fā)罐的汁汽，將菜水混合物加熱到要求的溫度。滲出溫度是重要的控制參數(shù)，既要滿足甜菜細(xì)胞壁原生質(zhì)凝固的要求，又要防止細(xì)胞壁高溫水解、菜絲變軟失去彈性而導(dǎo)致滲出汁純度降低和流通困難。適宜的溫度還可有效地控制器內(nèi)微生物的活動(dòng)。隨加工甜菜品質(zhì)不同，最適溫度為 7075（新鮮甜菜）或 6570（凍甜菜、凍化甜菜）。自身沒(méi)有加熱面的滲出器如轉(zhuǎn)鼓式等，則可用加熱后的滲出汁將冷菜絲熱燙到 7072后，再送入滲出器中。菜絲在滲出器中大約延留 6080 分鐘，菜絲中的糖分幾乎全被

11、提取出來(lái),廢粕含糖約0.3（對(duì)甜菜）以下。滲出汁通過(guò)首端的除渣板輸出。用泵送到清凈工序。提汁率一般控制在 110120， 以便充分降低廢粕含糖又不致過(guò)于沖稀糖汁。滲出汁呈暗褐色，微酸性(pH6.06.5)，易起泡沫。除含有1216的蔗糖外，還含有2左右的多種非糖分。成分受甜菜品質(zhì)、貯存情況和滲出條件等影響而有很大差異（見(jiàn)表）。滲出過(guò)程中須按需要加入滅菌劑和消泡劑，以維持正常操作，加工凍化甜菜時(shí)尤為重要。滲出器排出的廢粕經(jīng)壓榨脫水后得到壓粕和壓粕水。壓粕水經(jīng)過(guò)必要處理后可回收到滲出器中。濕粕（約含干固物 67）量約為加工甜菜量的 90。四、清凈滲出汁中非糖分的存在會(huì)對(duì)加工造成困難，影響糖品質(zhì)量并

12、增加廢蜜量和糖分損失。因 此在進(jìn)行糖汁濃縮和結(jié)晶之前要進(jìn)行清凈，以盡可能地清除非糖分。清凈目的是：除去滲 出汁中的懸浮粒子；中和滲出汁的酸性；除去著色物質(zhì)；盡量除去非糖分，尤其是表面活性非糖分和膠體物。通過(guò)清凈使糖汁純度提高、粘度和色值降低，為煮糖（結(jié)晶）制備好優(yōu)質(zhì)原料糖漿。方法糖汁清凈要通過(guò)加入清凈劑實(shí)現(xiàn)。常用清凈劑有石灰(CaO)、二氧化碳 CO2 和二氧化硫SO2。按照所用主要清凈劑的不同，糖汁清凈基本上有石灰法、亞硫酸法和碳酸法 3 類。后者清凈效果最佳。甜菜糖廠通常用甜菜直接生產(chǎn)質(zhì)量較高的白糖，一般采用碳酸法。通常兩 次充入碳酸氣，又叫雙碳酸法。工藝流程見(jiàn)圖2。對(duì)滲出汁先進(jìn)行預(yù)加灰（

13、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（主要是膠體等高分子物質(zhì)）。然后加熱，再加入過(guò)量石灰乳，即主加灰，作用是：使非糖分在強(qiáng)堿高溫作用下分解，提高糖汁的熱 穩(wěn)定性；為以后碳酸飽充提供足夠的氫氧化鈣。主灰汁經(jīng)加熱后第一次充入碳酸氣，將氫 氧化鈣飽充生成不溶解的碳酸鈣。新生的碳酸鈣對(duì)非糖分有良好的吸附作用，與飽充至最佳 堿度下凝聚的非糖分結(jié)成顆粒沉淀。經(jīng)過(guò)濾除去沉淀非糖分后再加熱進(jìn)行第二次碳酸飽充， 使糖汁中剩余的氫氧化鈣和鈣鹽量降至最低限度。否則在糖汁蒸發(fā)過(guò)程中會(huì)使加熱面上嚴(yán)重 積垢。而非糖分過(guò)多的帶入糖漿中不但會(huì)使結(jié)晶發(fā)生困難,且提高廢蜜量,增加工藝糖分損失。在蒸發(fā)前后糖

14、汁還要進(jìn)行硫漂 (通入SO2)，進(jìn)一步降低色值和粘度，并起殺菌作用。雙碳酸法清凈一般可除去滲出汁中3045的非糖分。盡管清凈效率還不夠高，但許多有害非糖分的去除已可滿足結(jié)晶前的要求，可生產(chǎn)出質(zhì)量較高的白糖。碳酸法制糖中的工藝 糖分總損失約為 3（對(duì)甜菜），即從含糖 15的菜絲中約可獲得 12的糖。傳統(tǒng)的雙碳酸法清凈還存在著一些缺點(diǎn)，如流程較長(zhǎng)，清凈效率不太高，石灰耗用較大， 對(duì)原料質(zhì)量變化的適應(yīng)性較差等。近幾十年來(lái)許多國(guó)家對(duì)此傳統(tǒng)流程作了大量研究，建立了 一些更適合于自己條件和要求的改進(jìn)流程。中國(guó)甜菜糖廠生產(chǎn)期長(zhǎng)，加工甜菜中約有 70是凍固甜菜及凍化甜菜。此時(shí)甜菜質(zhì)量下降，滲出汁純度降低，還原

15、糖含量升高（較新鮮暖甜菜高 45 倍）。因此在清凈工藝上要作相應(yīng)改進(jìn)才能保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。主要改進(jìn)工藝有:在預(yù)加灰中增加碳酸飽充泥汁回流, 采用漸進(jìn)預(yù)灰設(shè)備及延長(zhǎng)預(yù)灰作用時(shí)間。泥汁回流能促進(jìn)非糖分凝聚沉淀，增大沉淀粒子的 粒度和重度。采用漸進(jìn)預(yù)灰可使糖汁堿度均勻逐步上升，膠體凝聚更加完全。預(yù)灰作用時(shí)間 則相應(yīng)延長(zhǎng)至 20 分鐘以上以提高效果。在主加灰中，一般在暖甜菜加工期間采用熱主灰（溫度 8085）,流程較為簡(jiǎn)單,糖汁過(guò)濾性能也好。加工凍菜及凍化腐爛甜菜時(shí)采用冷主灰(溫度 40左右)，可降低還原糖分解的增色率，以保證中間制品糖的色值。為了更好地處理凍化腐爛變質(zhì)甜菜，在第一次碳酸飽充前增加預(yù)飽

16、充過(guò)程，讓預(yù)飽充汁經(jīng)過(guò)濾后再進(jìn)行 兩次飽充，可改善糖汁沉降過(guò)濾性能并提高清凈效率。設(shè)備: 上述清凈用設(shè)備按作用可分 4 類：化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，包括預(yù)灰桶、主灰桶、碳酸飽充罐和硫漂器等。在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和改變糖汁pH 值，使非糖分凝聚、沉淀和分解。加熱設(shè)備,用于加熱以降低糖汁粘度,促進(jìn)膠體凝聚，加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，在一定條件下還有利于提高糖汁的熱穩(wěn)定性。過(guò)濾設(shè)備，包括各種沉降器和過(guò)濾機(jī)，用以除去沉淀和凝聚的非糖分，獲得清汁。制造清凈劑設(shè)備，主要是石灰窯和燃硫爐。用焦炭或無(wú)煙煤在石灰窯內(nèi)煅燒石灰石制得石灰和二氧化碳。離子交換清凈技術(shù)為了提高清凈效果，制糖工業(yè)中開(kāi)展了離子交換樹脂，離子交換 膜電滲析

17、、超濾、反滲透、表面活性劑等清凈技術(shù)的研究。其中離子交換法比較成熟，效果顯著。糖汁在清凈中如加上離子交換處理,非糖分可除去 95以上,色素物質(zhì)幾乎完全清除， 糖汁純度可達(dá) 98，可制成精糖。離子交換技術(shù)主要應(yīng)用在:脫鹽,用 H+型陽(yáng)離子交換樹脂及 OH-型陰離子交換樹脂脫去糖汁中的鹽類。脫鈣，用于處理稀汁,將糖汁中的鈣鹽轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽,以減少和避免蒸發(fā)罐、加熱器壁上結(jié)垢。脫鉀、鈉，糖漿中存在的鉀、鈉離子會(huì)妨礙蔗糖結(jié)晶，增加蜜中糖分?？捎面V離子交換樹脂將鉀、鈉離子脫去。脫色，利用離子交換樹脂有吸附色素的作用將糖 汁脫色。轉(zhuǎn)化，在H+離子作用下將蔗糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖，制成部分或全部轉(zhuǎn)化的液 體糖。用

18、離子交換法清凈糖汁的優(yōu)點(diǎn)：提高糖分回收率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢蜜量。減少蒸發(fā)罐、加熱器內(nèi)的結(jié)垢。對(duì)各種不同質(zhì)量的甜菜具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力。可用以直接制得精白糖和高級(jí)糖漿等。碳酸法因其經(jīng)濟(jì)有效而長(zhǎng)期沿用。離子交換法則通常是在碳酸法清凈的基礎(chǔ)上作深度清凈，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)糖率。但終究因費(fèi)用高、又產(chǎn)生大量重污染度廢水而未獲普遍采用。五、蒸發(fā)一種有隔室蒸發(fā)罐屬于制糖用蒸發(fā)罐。其主要是將蒸發(fā)罐底封頭，降液管和上管板上方蒸發(fā)室全部隔成若干個(gè)相應(yīng)的隔室，蒸發(fā)室不全部隔開(kāi)，只隔開(kāi)糖汁，不隔開(kāi)汁汽，隔板高度以超過(guò)正常糖汁的沸騰液位為準(zhǔn)。進(jìn)入蒸發(fā)罐的糖汁依次由第一隔室到最后一隔室，基本 上做到先進(jìn)罐的糖汁先出罐，

19、后進(jìn)罐的糖汁后出罐?？朔爽F(xiàn)有蒸發(fā)罐糖汁回混程度大，停 留時(shí)間長(zhǎng)，傳熱效率低，積垢快等缺點(diǎn)。而且使用可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易可行。六、結(jié)晶實(shí)用新型公開(kāi)了一種制糖真空結(jié)晶罐下置式攪拌裝置，由主動(dòng)軸、葉輪、電機(jī)等組成， 該結(jié)晶罐罐體底部中心設(shè)有一個(gè)孔，主動(dòng)軸的一端伸入到罐體的中心降液管內(nèi)，在中心降液 管內(nèi)的主動(dòng)軸一端設(shè)有葉輪，主動(dòng)軸另一端與電機(jī)連接，罐體底部設(shè)有導(dǎo)流錐，在主動(dòng)軸與 導(dǎo)流錐的連接處，依次設(shè)有機(jī)械密封裝置與填料函密封裝置，罐體底部還設(shè)有出糖口。本實(shí) 用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅具有提高糖膏在結(jié)晶罐中的循環(huán)速度，提高結(jié)晶罐的傳熱系數(shù)和蒸發(fā) 強(qiáng)度，縮短煮糖時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量和收回的顯著優(yōu)點(diǎn)，而且因采用了填料

20、函密封和機(jī)械密 封的雙重密封，從而解決了下置式不易密封的問(wèn)題。加速結(jié)晶速度。七、分離煉糖期二次硫熏出來(lái)的糖漿，加入活性炭后，用液固分離機(jī)過(guò)濾，該過(guò)濾介質(zhì)實(shí)際是理想的過(guò)濾層，不用擔(dān)心要先形成過(guò)濾層，而是直接隔濾活性炭的粒子，所以液體內(nèi)全部固體雜質(zhì)都能除掉，過(guò)濾前糖漿色值6.95st.經(jīng)過(guò)濾后 3.7 st.經(jīng)過(guò)濾速度 9.1 升/分。比過(guò)去生產(chǎn)葡萄糖漿時(shí)測(cè)得的板框壓濾機(jī)過(guò)濾速度1.5 /分快很多。八、包裝最后一步就是裝袋封閉。這就是制糖的整個(gè)過(guò)程，但還是不夠詳細(xì)，詳細(xì)的步驟可以繪制一幅制糖工藝流程圖。九、總結(jié)在這次調(diào)查中我也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，也總結(jié)出精煉糖廠要注意的事項(xiàng)：（一）工藝流程的選擇，要先將產(chǎn)品質(zhì)量要求和日產(chǎn)量確定下來(lái)。根據(jù)原料的質(zhì)量純度、轉(zhuǎn) 光度、色值、晶體粒度（包括砂粒均勻率）和其他雜質(zhì)含量來(lái)選用生產(chǎn)方法，當(dāng)然流程越簡(jiǎn)單越好。關(guān)于世界各地糖廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白糖的工藝流程和廣東省使用原糖生產(chǎn)精糖的工藝流 程，我在技術(shù)學(xué)習(xí)班編寫的