新型移動床滲出器在甘蔗糖廠的應用與分析

胡建諒

(中國成套設備進出口集團有限公司，北京100011)

0 前言

甘蔗制糖采用壓榨法提汁已有百年歷史，由于技術成熟、過程快速，提汁的純度穩定，目前仍然是世界各產糖國的主流技術。然而近幾十年來尤其是最近幾年，節能降耗和生產成本控制已經成為全球制糖業的首要課題，用滲出法替代壓榨法在甘蔗制糖生產中開始顯示出明顯的優越性[1-3]。

從工藝過程上劃分，滲出法有甘蔗滲出法和蔗渣滲出法。甘蔗滲出法是甘蔗破碎后直接進入滲出器，提出的滲出汁進入澄清工段，蔗渣再進入2座榨機脫水[4]；蔗渣滲出法是將破碎甘蔗先進行一級壓榨，再進入滲出器提汁，滲出汁與一級壓榨機的蔗汁混合，蔗渣仍用2座榨機脫水。也就是甘蔗滲出法替代了前3座榨機，適合新建廠配置；蔗渣滲出法替代了第2、3座榨機，適合老廠擴建改造，因保留的第一座榨機已經提出了大部分糖分，則滲出器的規模和尺寸要小很多。

從結構形式上劃分，滲出器主要有固定床和移動床2種形式。固定床的滲出器底部篩板固定，蔗料在數條鏈耙的拖動下在篩板上滑動，類似于壓榨法的中間耙齒機；移動床滲出器的底部篩板在鏈輪的拖動下承載蔗料向前移動，類似于甘蔗主輸送機。不管是固定篩板還是移動篩板，其逆流滲出的模式是相同的，在蔗料向前運行過程中，從后端泵入滲透水，頂部淋灑穿過蔗料層，從篩板瀝出，底部隔室收集再逐級向前泵送，形成滲透汁的濃度梯度，蔗料中的糖分被逐步洗提。

通常滲透汁的循環泵送需要13級左右，原始滲出器的泵送是單循環，即逐級向前泵送噴淋，而新型移動床滲出器將單循環改為隔級循環或稱兩組平行循環，即泵機送入的隔室位置形成 1/3/5/7/9和2/4/6/8/10，這種跨級泵送增大了滲透汁的濃度梯度，有利于蔗絲中的糖分被洗脫，進一步提高了滲出器的提汁效果。

從2013年至今，筆者在非洲組織參建了3個大型現代化的甘蔗糖廠，包括建設、試車和運營工作，其中1個6000 t/d可擴建10000 t/d的糖廠采用了壓榨法，另2個12000 t/d的糖廠采用了滲出法。經過招標過程的技術比較，2個滲出法糖廠引進了歐洲公司的專有技術，即新型移動床滲出器，并授權國內制糖裝備制造公司制造加工，是國內首次自主采購、加工，并在海外安裝和運行的大型滲出器設備。這2套新型滲出器的設計、加工和使用標志著中國制糖業在甘蔗提汁方面有了一次新的突破，也為制糖行業工藝和裝備的升級換代提供了難得的實踐經驗和參考借鑒。

1 新型移動床滲出器的結構特點

滲出器類似一個箱體，長約60 m，寬約12 m。頭部上方呈直角安裝布料輸送機；中部上方有2排翻料螺旋，疏松逐漸壓實的蔗料，增加透水性；接近尾部設置壓力水鼓，對即將離開的蔗渣施加壓力，初步脫水，再用打散機排出蔗渣；尾部是出料皮帶輸送機，將提汁后的蔗渣送到脫水榨機。

滲出器內的底部是移動型篩板，由軌道和輪子支撐并拖動，篩板下面是12～14個收集滲透汁的隔室，再由12～16個泵機隔級向前泵送，管道連接至滲出器頂部，通過橫向溢流槽出汁并均衡噴淋。

滲出器中部靠近2排螺旋翻料器的位置有2排進石灰乳的管道，噴淋石灰乳并中和滲透汁的 pH值至 6.5左右，避免糖汁在高溫和長時間過程中的轉化。蔗渣用2座榨機脫水后的含微量糖分的壓出水也不斷循環回到滲出器，與尾端進入的熱水同時作為滲透水。

滲透汁循環泵的最后兩級需要先泵送至兩級加熱器，加熱后再回到滲出器，通常稱為熱燙汁；同時滲出器的中部還有2根蒸汽管直接進入滲出器底部糖汁收集槽內，補充并調節滲出器溫度，這2種加熱方式維持了滲出器的溫度在恒定75℃左右。圖1是移動床滲出器的結構示意圖。

2 移動床滲出器的工作原理及關鍵控制點

圖1 移動床滲出器結構示意圖

2.1 逆流滲出原理

甘蔗經過蔗刀和撕裂機破碎后，形成絲狀或細小纖維狀，通常破碎度達到90%以上，用入料輸送機均勻分布到篩板上，蔗料高度在 1.4～1.7 m，可通過篩板運行速度調整。滲透水和榨機壓出水逆流泵送循環，噴淋浸泡，洗脫蔗料中的糖分。由于是隔級噴淋，加大了滲透汁的糖度濃度差，相當于壓榨機的復式滲透法，只不過時間更長、溫度高、復式次數多，所以不必施加壓力。

滲透汁經過 10～14次循環后與前端新鮮低溫蔗料接觸，此時泵出的滲透汁需要經過兩級加熱器加熱，熱燙汁再對首段蔗層進行噴淋接觸，并在滲出器中段補充直接噴汽加熱，維持所需的恒定滲出溫度。圖2是移動床滲出器的工藝流程效果圖。

圖2 移動床滲出器工藝效果圖

2.2 滲出器關鍵控制點

⑴滲出溫度：由于滲出的原理是利用加熱甘蔗絲使其細胞變性才能保證滲出持續進行，所以控制滲出器溫度是關鍵因素。根據設計參數和試驗數據，滲出最佳溫度為 75℃±2℃。溫度過低會造成蔗渣糖分損失，影響抽出率，而且會有微生物感染的風險；溫度過高會造成過度滲出，導致滲出汁純度下降，影響澄清效果或糖分回收。

⑵滲出時間和蔗層高度：滲出時間是通過理論分析和長時間操作總結的重要控制參數，目前最佳滲出時間應該在60～70 min，可以用變頻器調整篩板運行速度。時間過短或過長都會出現與上述滲出溫度相似的影響。由于糖廠榨量是波動的，在保證最佳時間控制也就是篩板恒定運行速度的前提下，蔗層厚度隨榨量波動將自行調節。一般蔗層厚度在1.4～1.7 m的范圍內對滲出效果沒有影響，如果低于或高于這個范圍，仍可正常操作，比如曾出現過1.2m和2.0 m的情況，但此時最好考慮用篩板運行速度調節過高或過低的料位。

⑶滲透水量控制：滲透水按設計要求控制在對甘蔗纖維分的 300%～350%，在實踐操作中為了減少蒸汽消耗，曾經長時間在280%左右范圍內，但抽出率仍然在97%以上。可見，滲透水量和滲出時間及滲出溫度這三者之間存在互為調節的情況，最終達到一個可以接受的抽出率。換句話說，當糖廠擴建的榨量遠高于原設計的時候，通過上述3個參數的調整，仍能得到一個滿意的抽出率指標。

⑷滲出汁 pH控制：設計要求滲出器內 pH在6.3～6.6之間，通過添加石灰乳實現，以求減少滲出汁的轉化率。pH控制非常重要，尤其是在 75℃高溫下，顯然提高 pH值不僅可以抑制糖汁轉化，也能減少滲出器及附屬設備的腐蝕。經過幾個榨季的總結，下個榨季我們準備試著將pH值控制在pH 7左右。

3 移動床滲出器與傳統壓榨法的技術經濟性比較分析

3.1 工藝指標對比

根據我們公司對2個采用滲出器糖廠3個運營榨季的生產實踐檢驗，新型移動床滲出器運行狀態良好，甘蔗糖分抽出率都比較理想，其它控制指標也都基本達到要求。表1是2個采用滲出器糖廠的生產實際主要工藝指標的累計平均值。其中，實際測試能力低于設計能力的原因是甘蔗供應問題；蔗渣水分雖然達到合同要求，但相比壓榨法偏高，其原因不是滲出器本身的問題，而是后面的脫水榨機能力限制。

滲出器的優點之一就是較高的抽出率，通常實際抽出率都高于 97%，更正抽出率對于纖維分在15%以上的情況下，折算達到 98%左右，相比壓榨法提高了近2個百分點。

3.2 能耗及加工成本指標對比

3.2.1 設備節能比較

表1 2個采用滲出器糖廠的核心指標測試結果

實踐證明滲出器與傳統壓榨法比較體現出諸多優勢，按照同等日處理甘蔗12000 t規模并且纖維分高達15%以上來比較，壓榨法采取6座大型榨機或5座帶雙輥喂料器的型式，加上中間耙齒機，其總的裝機負荷需要12500 kW左右。而采用滲出器在保留后2座榨機和一臺中間耙齒機的情況下，滲出器本身及各類轉動設備及循環泵機約1000 kW，總裝機負荷少于5000 kW。采用滲出器可以節省電能負荷達一半以上。

滲出法雖然需要增加 10%～15%的滲透水，導致蒸發系統總用汽多了5%左右，但總的節能效果仍然顯著。尤其是對于兩步法生產精糖的糖廠，精煉車間需要增加這5%的耗汽，因此用汽量的增加可以忽略不計。但節省的電能對于非洲糖廠都有對外發電的工況，可以增加對外賣電的附加值。可以說在有對外發電要求的情況下，滲出器的使用是唯一正確的選擇。

3.2.2 設備加工成本比較

一般傳統壓榨法，壓榨機需要專業制造廠家特殊技術制造，過程復雜，造價較高，尤其是配套的重型減速機和電機電器柜等都是價格不菲。移動床滲出器經過國內技術消化和自主設計，其制造較為容易，一般機械廠就可制造，其他設備皆可配套。滲出器的關鍵構件主要是移動床或固定床的篩板和主軸及傳動鏈條等，這部分制造要求較高，可以由專業制造廠家加工并提供。因此，去掉一次性技術引進費用后的直接設備制造成本比壓榨機減少30%左右。

3.2.3 設備維修成本比較

傳統的壓榨機由于采用壓力摩擦擠壓甘蔗絲，對機械部件磨損較大，維修技術條件要求較高，必須更換大量備件，每年的費用大約相當于整體維修費的25%～30%；而滲出法只用2座壓榨機以脫水為目的，機械磨損程度小，每年維修量較少，而滲出器本身的維修費用非常少，整體維修費用相當于壓榨法的一半。

3.2.4 工藝操作比較

壓榨法提汁時間短，設備系統少，操作簡單，工藝線路短；滲出法提取時間長，系統的輔助設備較多，操作相對復雜些、工藝線路長。

4 采用滲出法替代壓榨法的應用前景分析

通過對我國壓榨法制糖的長期生產經驗分析，對比我們在海外2個糖廠滲出法的實踐總結，使用滲出法替代壓榨法具有一定的優勢和可行性。

⑴隨著國內糖廠生產規模逐漸加大，對設備的負荷和機械強度要求越來越高，壓榨法的制造成本和每年的維修費也越來越高。而縱觀國際上大型甘蔗糖廠已經多傾向于采用滲出法提汁，從節能和降耗以及增加糖分回收率的角度出發，采用滲出器會越來越引起糖業界的重視。

⑵滲出法不僅適用于新建大型化糖廠，也適合老廠改擴建的情況，比如保留原來1、4、5號榨機，將開口加大，在目前壓榨間外安裝“小型”滲出器，用輸送帶將蔗渣送出送回，或可達到 30%以上的擴建能力。尤其是對于目前自發電裝機容量受到擴容限制，但仍需要擴大產能的糖廠，滲出器可以解決用電負荷問題。目前泰國的某些糖廠擴建就是采用這種外接“蔗渣滲出器”的模式。

⑶對于那些有對外賣電要求的糖廠，采用滲出器是最好的選擇，這是非洲和巴西很多糖廠采用滲出器的直接理由，對外多賣電是這些糖廠產生效益的主要手段。目前國內有些糖廠也是靠對外賣電來增加糖廠的綜合效益。

5 結語

無論是移動床還是固定床的滲出器，在世界范圍的大型甘蔗糖廠已成為提汁設備選擇的主流趨勢。主要原因第一是節省電能，尤其是對外發電的糖廠，滲出器的使用產生更多的對外賣電附加值，是新建糖廠提汁設備的首選；第二是節省設備維修費用和操作費用，這是糖廠賴以生存的根本；第三是提高了近2個百分點的抽出率，最終導致產糖率的提高。

目前國內再新建大型糖廠的可能性不大，但老廠的擴建仍有很大需求，建議在老廠擴建30%產能以內的情況，并且熱電站的發電負荷不易擴容的條件下，可以研究采用“蔗渣滲出法”或“甘蔗滲出法”對目前的壓榨間進行擴建改造。