廢糖蜜存貯自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討

潘新華，劉麗花

（中國輕工業(yè)南寧設(shè)計(jì)工程有限公司，廣西 南寧 530031）

隨著我國自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，制糖企業(yè)傳統(tǒng)的人工操作生產(chǎn)線也逐漸被大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線給替代，而制糖工藝過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品廢糖蜜存貯自動(dòng)化也得到了重視，通過提升自動(dòng)化改造改進(jìn)原有易發(fā)生焦化和發(fā)酵的傳統(tǒng)存貯模式，提升廢糖蜜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，得到了市場的認(rèn)可。

1 廢糖蜜的存貯

甘蔗經(jīng)過壓榨、澄清蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜最大限度回收糖分后，產(chǎn)生的不能再次結(jié)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(rèn)為廢糖蜜中的還原糖和氨基氮還會(huì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量及二氧化碳，導(dǎo)致廢糖蜜內(nèi)部溫度不斷升高，最終導(dǎo)致廢糖蜜發(fā)黑、結(jié)塊，形成多孔的焦化物。廢糖蜜中氨基氮的含量是構(gòu)成發(fā)酵的內(nèi)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(shí)對發(fā)酵反應(yīng)有抑制作用，一旦溫度繼續(xù)升高，發(fā)酵反應(yīng)則變得劇烈不可控，廢糖蜜中的糖分將會(huì)快速流失，最終廢糖蜜變質(zhì)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(xiàn)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(fā)生變質(zhì)的關(guān)鍵措施是控制廢糖蜜溫度。

2 傳統(tǒng)廢糖蜜存貯自控系統(tǒng)

我國大部分甘蔗制糖企業(yè)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(chǎn)期間，氣候陰冷潮濕，平均氣溫為7至17攝氏度，除個(gè)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(yùn)輸，所以制糖企業(yè)現(xiàn)有的廢糖蜜存貯降溫措施相對簡單并易于操作及維護(hù)。通常存貯廢糖蜜的廢蜜罐為鋼板結(jié)構(gòu)立式儲(chǔ)罐，弧形頂部設(shè)置通氣口，在通氣口外圈敷設(shè)一道環(huán)形噴水管，利用儲(chǔ)罐旁的循環(huán)水池抽水噴淋儲(chǔ)罐外壁，促進(jìn)廢糖蜜降溫。儲(chǔ)罐內(nèi)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(dāng)?shù)貧鉁厣?0攝氏度以上或廢蜜罐內(nèi)廢糖蜜溫度升高至43攝氏度時(shí)，噴淋降溫自控系統(tǒng)自動(dòng)投入工作，其自控系統(tǒng)配置為：循環(huán)水池液位計(jì)、循環(huán)水池進(jìn)水調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器、二位控制數(shù)顯儀、中間繼電器等；廢蜜罐現(xiàn)場設(shè)置就地浮球液位計(jì)和雙金屬溫度計(jì)等儀表。其操作過程是根據(jù)測量所得循環(huán)水池液位PID調(diào)節(jié)器控制進(jìn)水閥開度自動(dòng)補(bǔ)水，數(shù)顯控制儀則根據(jù)熱電阻測量所得的廢蜜罐溫度發(fā)出報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過中間繼電器起停噴淋水泵電控單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴淋降溫。控制原理簡單投入成本低，同時(shí)后期容易維護(hù)，所以儲(chǔ)罐外壁噴淋減溫抑制廢糖蜜變質(zhì)的辦法在制糖企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。

在榨季生產(chǎn)期間氣溫普遍較低，小規(guī)模糖廠只需設(shè)置一至兩個(gè)2000立方米左右的廢蜜罐加速周轉(zhuǎn)，在極少數(shù)高溫天氣使用以上自動(dòng)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(guī)模的大型制糖企業(yè)而言，需要設(shè)計(jì)一個(gè)至多個(gè)8000立方米左右的廢蜜罐才能滿足生產(chǎn)要求。特別是針對現(xiàn)有的規(guī)模精制糖生產(chǎn)企業(yè)而言，普遍在非榨季期間也進(jìn)行生產(chǎn)，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(shí)因?yàn)閺U蜜罐結(jié)構(gòu)半徑的增加，廢蜜罐內(nèi)部聚集的大量熱量很難完全傳導(dǎo)至儲(chǔ)罐外壁，自動(dòng)噴淋降溫的措施顯得嚴(yán)重不足，噴淋系統(tǒng)長期處于工作狀態(tài)，也無法完全釋放聚集在儲(chǔ)罐內(nèi)部的熱量，導(dǎo)致廢糖蜜存貯發(fā)生嚴(yán)重變質(zhì)的隱患長期存在。

3 改進(jìn)后的廢糖蜜存貯自控系統(tǒng)

3.1 增加板式換熱器的降溫措施

根據(jù)前文所述，使用原有廢蜜罐自動(dòng)噴淋系統(tǒng)很難滿足精制糖生產(chǎn)或大型制糖企業(yè)的需求，在不同氣候條件下僅僅依靠自然冷卻和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)顯得尤為不足，這就需要我們在廢糖蜜進(jìn)入儲(chǔ)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(chǔ)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(tǒng)列管式換熱器相比換熱效率更高，結(jié)構(gòu)更緊湊，體積小，同時(shí)流動(dòng)擾動(dòng)大，污垢不易沉積。因此本次論述以單個(gè)換熱面積為120平米的板式換熱器為例，簡單闡述一下設(shè)計(jì)思路。該板式換熱器換熱負(fù)荷為244千瓦，每小時(shí)使用27立方米25攝氏度冷卻水就能夠?qū)?2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(gè)日榨6000噸甘蔗糖廠生產(chǎn)的廢糖蜜降溫需求，更大規(guī)模糖廠只需增加相應(yīng)換熱器數(shù)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(tǒng)流程圖

3.2 廢糖蜜入罐前降溫控制和自動(dòng)反洗系統(tǒng)

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(nèi)部物料通道的風(fēng)險(xiǎn)，所以必須采取定期自動(dòng)反沖洗措施，自動(dòng)控制系統(tǒng)在這方面有著顯而易見的優(yōu)勢。正常情況下廢糖蜜經(jīng)其中一臺(tái)換熱器降溫，自控系統(tǒng)根據(jù)該換熱器出口廢糖蜜溫度控制冷卻水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥開度，換熱器的反沖洗熱水管路閥門自動(dòng)關(guān)閉；另一臺(tái)備用換熱器自動(dòng)進(jìn)入反沖洗程序。反沖洗流程為：進(jìn)出換熱器廢糖蜜管路閥門關(guān)閉，進(jìn)出冷卻水管路關(guān)閉，反沖洗熱水管路閥門全開，清洗換熱器內(nèi)部管路沉積的物料。時(shí)間繼電器到期后換熱器所有閥門自動(dòng)關(guān)閉，換熱器自動(dòng)進(jìn)入備用狀態(tài)，等待下一個(gè)換熱器切換周期。

3.3 罐內(nèi)廢糖蜜自動(dòng)循環(huán)降溫控制

廢糖蜜進(jìn)罐之后，自控系統(tǒng)根據(jù)布置在罐內(nèi)四周的熱電阻溫度檢測廢糖蜜溫度，一旦發(fā)現(xiàn)超溫，自動(dòng)打開罐底兩個(gè)出口閥門和回送板式換熱器的循環(huán)閥門，并啟動(dòng)其中一臺(tái)廢蜜泵，罐內(nèi)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(nèi)廢糖蜜溫度維持在合理范圍之內(nèi)，減少變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 自控系統(tǒng)的配置和優(yōu)點(diǎn)

實(shí)施上述目標(biāo)，需要使用的自控設(shè)備，如表1所示。

表1 廢糖蜜自控系統(tǒng)的配置

自控系統(tǒng)主要內(nèi)容有：入罐廢糖蜜溫度自動(dòng)控制；板式換熱器自動(dòng)反洗控制；廢蜜罐內(nèi)廢糖蜜超溫循環(huán)控制；廢蜜罐液位指示；廢糖蜜裝車流量指示。

4 結(jié)語

綜上所述，選擇合適的工藝降溫設(shè)備結(jié)合先進(jìn)的自動(dòng)化控制手段，對于廢糖蜜存貯防焦化防發(fā)酵而言有著重要的影響和作用。改進(jìn)后的廢糖蜜存貯自控系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，適用范圍廣，廢糖蜜保質(zhì)期長；但投資大，設(shè)備多，維護(hù)成本高。制糖企業(yè)對廢糖蜜存貯降溫自控方案應(yīng)根據(jù)自身規(guī)模和實(shí)際情況斟酌使用。