一種多晶冰糖煮糖二次蒸汽的回收工藝

賀 湘，鄧丹丹，莫柳珍，羅慧明

(1中國輕工業廣州工程有限公司，廣東廣州 511447；2廣東省科學院南繁種業研究所，廣東廣州 510316；3廣東省科學院生物與醫學工程研究所，廣東廣州 510316；4廣東省綠色制糖工程技術研究中心，廣東廣州 510316))

0 前言

冰糖是白砂糖的結晶再制品，晶瑩如冰，品質純正[1-2]。目前市面上在售的冰糖主要包括單晶冰糖、多晶冰糖（即“土冰”）、冰片糖，以及根據客戶需求制作成的其他冰糖品種，如咖啡冰糖、冰糖粉等[3-4]。

冰糖可直接食用，也可以用來烹羹燉菜或制作甜點，著名的“冰糖湘蓮”是八大菜系中的湘菜珍饈；另外還有如“冰糖雪梨”、“冰糖燕窩”等滋補品。冰糖還可用于高級食品甜味劑，配制藥品浸漬酒類和滋補佐藥等，廣泛用于食品和保健行業作為高檔補品和保健品[5]。

此外，中醫認為，冰糖味甘、性平，入肺、脾經，有補中益氣和潤肺的功效；冰糖養陰生津，潤肺止咳，對肺燥咳嗽、干咳無痰、咯痰帶血都有很好的輔助治療作用；對肺燥、肺虛、風寒勞累所致的咳喘、小兒瘧疾、噤口痢、口瘡、風火牙痛，有很強的藥理作用[5]。

而從冰糖生產來看，之前絕大部分停留在小作坊生產，導致質量不穩定，衛生情況欠佳。隨著食品衛生要求的日益嚴格以及市場需求量增大，陸續出現了具一定規模的冰糖廠，如義烏市帝奧食品有限公司、大連佐源食品有限公司、山東省臨沂市泰沂食品有限責任公司、河北寶利食品有限公司、天津開發區蘭德食品有限公司、廣西柳州市金柳食品加工廠、廣西來賓食品有限責任公司、佛山市西豪江糖制品有限公司、東莞市東糖中輕糖業有限公司、江門南字食品有限公司等。

然而與白砂糖生產線不同的是，多晶冰糖生產具有周期性，具有典型的間歇生產特性。因此，目前國內多晶冰糖廠生產工藝一直比較落后，自動化程度低，能耗非常高。對比較先進的精制糖生產噸糖耗汽指標0.8～1.0 t/t，多晶冰糖生產噸糖耗汽指標可達1.2 t/t以上。在全球提倡節能降耗的背景下，尤其2020年9月，中國在聯合國大會上向世界宣布了 2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標，這直接對國內現代企業的節能降耗提出了更高的要求。因此，對于能耗高的企業，加強生產管理，改進設備和工藝，降低能耗，將勢在必行。

多晶冰糖耗汽最大的設備是多晶煮糖罐。一級白砂糖經回溶后，錘度為約 66°Bx，溫度約 50℃，送入多晶煮糖罐進行煮糖濃縮。在罐內采用0.6～0.8 MPa的蒸汽將糖漿加熱至沸點(約 115～120℃)，再進一步濃縮至80°Bx。根據物料平衡和熱量平衡計算，煮糖過程的二次蒸汽量即為糖漿濃縮前后的蒸發水量，溫度為115～120℃。而傳統多晶冰糖廠對這部分二次蒸汽缺少合理回收工藝，大多直接排放，這無疑是極大的浪費，嚴重背離了國家節能減排的初衷。

1 傳統多晶冰糖煮糖工段工藝系統圖

傳統的多晶冰糖廠對煮糖二次蒸汽的處理，都是經抽風機后直接排放，傳統多晶冰糖煮糖工段工藝系統見圖1。

圖1 傳統多晶冰糖煮糖工段工藝系統圖

根據物料衡算，對于10 t/h的糖漿量來說，二次蒸汽量為2.65 t/h，溫度為115～120℃，若能采取合理工藝回收此部分蒸汽，可顯著降低多晶冰糖廠的能耗，減少用汽成本，從而提高企業經濟效益。

2 改進后的煮糖二次蒸汽回收工藝

2.1 改進后的煮糖工段工藝系統

本文提供一種多晶冰糖煮糖二次蒸汽的回收工藝。旨在通過改進工藝過程，回收利用多晶冰糖煮糖過程產生的二次蒸汽，利用其熱能加熱糖漿和工藝冷水，并將其自身轉化為工藝熱水得到回收。改進后的多晶冰糖煮糖工段工藝系統見圖2。

圖2 改進后的多晶冰糖煮糖工段工藝系統圖

2.2 詳細工藝描述

本方案是在原有方案基礎上引入了板式換熱器、板式冷凝器、管道汽水分離器、汽凝水收集箱，及眾多相關連接的管道。其工藝過程為：

(1)約 66°Bx的糖漿送入常壓煮糖罐進一步濃縮，開啟蒸汽閥，控制罐內加熱蒸汽壓力為0.6～0.8 MPa，使糖漿加熱沸騰升溫至 115～120℃，繼續煮至糖漿達到約80°Bx即達到濃縮要求，進入下一個工段。

(2)煮糖濃縮過程中產生的二次蒸汽溫度約為115～120℃，被送至板式換熱器作為熱源使用，與進入煮糖罐前的糖漿進行熱交換，糖漿由約50℃加熱至約100～110℃甚至沸點，再進入煮糖罐進一步濃縮，而二次蒸汽在換熱器中部分被冷凝成溫度為約115℃的汽水混合物。

(3)汽水混合物進入板式冷凝器，與30℃的工藝冷水進行熱交換，工藝冷水被加熱至70℃左右去工藝熱水箱作為工藝熱水使用，而汽水混合物最終被冷凝成80℃左右的汽凝水。

(4)汽凝水經由管道汽水分離器進行汽水分離，將其中的不凝氣等排除，汽凝水則在重力作用下流入下面的汽凝水收集箱。

(5)為進一步減少不凝氣中少量夾帶的蒸汽隨著不凝氣排走，將管道汽水分離器上部排除不凝氣的管道加長伸出至屋頂，少量蒸汽在長管中遇冷被冷凝，向下流回至管道汽水分離器中。

2.3 管道汽水分離器的設計

改進的工藝系統圖中，多晶煮糖罐、板式換熱器、板式冷凝器、汽凝水收集箱等均為常見的標準設備，而管道汽水分離器為非標設備，由DN400的管道加工制造而成，內含隔板，用于汽水分離，外安裝有視鏡，用于觀察汽水分離情況。管道汽水分離器詳細結構原理見圖3。

圖3 管道汽水分離器結構原理圖

3 改進方案與傳統工藝對比分析

相比于現有直接排放的工藝，改進方案充分回收了煮糖過程產生的二次蒸汽，利用其熱能將進入煮糖罐前的糖漿加熱至接近沸點，又將工藝冷水加熱至約70℃用作工藝熱水，其本身也被冷凝成汽凝水用作工藝熱水得到回收。而被加熱至接近沸點的糖漿進入煮糖罐，也將減少糖漿在煮糖罐內加熱過程中的耗汽量，只需將糖漿進一步濃縮即可。

根據全廠物料衡算和熱量衡算（計算公式詳見參考文獻[6]），改進此工藝過程后，同等規模的多晶冰糖廠的噸糖耗汽水平可降低至1.06 t/t以下，與傳統工藝的噸糖耗汽1.2 t/t相比減少了近0.14 t/t，說明通過改進工藝達到的節能效果是非常明顯的。