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來源：生產全自動反沖洗過濾器廠家中乂(北京)科技有限公司 日期：2020-05-27
蔗糖結晶，但也包括一些甘蔗的生長（也就是一些農業方面的知識）及蔗糖是如何轉變結晶的內容。 當農民認識到自己也在生產蔗糖時，就會自覺地向糖廠提供干凈的甘蔗，以便得到更多的糖產品。制糖生產的第一步（如果不考慮甘蔗的種植，實際是那是制糖生產的第一步）是從纖維（其中含有糖分）中將蔗汁榨出。甘蔗都有一定的纖維分，纖維分的高低對抽出率有影響。看下面的例子：對30噸夾雜物分別為5%、0%的甘蔗的分析結果如下：甘蔗分析結果5%夾雜物0%夾雜物纖維分%甘蔗15%4.54.5夾雜物5%1.50干固物%蔗15%4.2754.5糖度85%3.6343.825在上面的例子里，幾乎就損失了200 kg糖（4包，每包50 kg），對于生產能力為300噸/小時的廠，每小時就要損失2噸蔗糖。糖廠中還有什么地方能造成糖從損失？蔗渣就是其中之一。還是用上面的30噸蔗做例子，蔗渣的水份為50%，干固物含量2.5%5%夾雜物無夾雜物纖維9.09.0夾雜物3.00.0干固物0.30.225糖度0.2250.191
在這里又多損失了34公斤糖分，對于300噸/小時的廠，每小時就損失340公斤，這似乎不是一個很大的數字，但一個榨季就會損失1428噸蔗糖。當前對于進入糖廠的甘蔗的質量幾乎沒有什么控制，因化驗室對混合汁以前的樣品根本就沒有做任何分析。糖廠要確定糖分的損失情況及如何改進產品質量，最重要的就是對甘蔗進行分析。一個裝備良好的化驗室對糖廠是很必要，但也不是說要裝備一個能進行任何分析的綜合化驗室。最基本是的能對糖分的損失及鍋爐水進行分析。下面對制工藝進行簡單介紹：預處理甘蔗首先經過一臺或二臺蔗刀機，然后用一臺撕解機對甘蔗的含糖細胞進行破碎。壓榨或滲出由4—7座壓榨機組成的壓榨機列將蔗汁從甘蔗中榨出，在最后一座壓榨機前加入滲透水。蔗渣送至鍋爐，產生的蒸汽及電力，可用于生產或外送。滲出法是用水將甘蔗中的糖分洗出，蔗渣用脫水機將水分降至約50%，然后送至鍋爐燃燒。混汁過濾混汁過濾是在澄清前將其中的蔗渣除去，現在是傾向于使用較小的篩孔，以濾去較多的蔗渣。目前的預處理由于使用了2臺蔗刀可及高效的撕解機，混汁中含有較多細小的纖維，所以就要選用較小的篩孔。細小的蔗糠進入澄清工序會有以下影響：1、增加色值2、加大 澄清設備負荷3、進入蒸發罐，影響蒸發建議在澄清設備后安裝一過濾裝置，華卓過濾提供的過濾器以濾去其中細小的蔗糠。加灰、加熱、澄清這是影響產品質量的關鍵工序。加灰量、加熱溫度、散汽、絮凝劑量等對蔗糖的轉化都有影響，這會導致廢蜜量增大，產糖量減少。澄清汁中遺留細小纖維和不溶粒子在蔗糖結晶過程中會充當結晶核心，降低產品的質量。這種糖在煉糖回溶時會產生泡沫，煮煉困難，成品色值升高。影響澄清效果最常見的原因是加灰量不足、來汁量不穩定、加熱溫度與蔗汁的自然磷酸值。化驗室的日常分析可以指出蔗汁中的磷酸值是否達到澄清的要求。澄清后的清汁通過一系列的加熱器后進入蒸發罐。蒸發蒸發罐內的強烈沸騰可能會引起跑糖現象。設計良好的捕汁器可以避免這種情況。結構不合理的蒸發罐不凝氣體排除不完全，加熱管積垢嚴重。操作工通常會將液面控制在管板之上，以達到增大生產能力的目的，實際上這將降低蒸發罐的蒸發強度，降低生產能力。液面越高，蒸發強度就越低。蔗汁通過一系列蒸發罐后，濃度達至約65Bx后，送至結晶工序。結晶這制糖生產最關鍵的一環，將決定結晶的大小及晶形是否完美。損失糖分最多的廢蜜也是在這一環節中產生。現在糖廠一般采用三段煮糖并輔以回煮的方法進行結晶。Three of four stage boiling systems are common practice these days with back boiling being used in many factories.
結晶理論簡介結晶理論1、飽和溶液：在某溫度下，溶液中不能溶解更多蔗糖時，稱這一溶液為飽和溶液。蔗糖的溶解度隨溫度的上升而增大。對于一個糖液，可以有三種狀態：不飽和、飽和、過飽和。可以通過將飽和溶液冷卻或蒸發，使溶液中蔗糖的含量高于同溫度下的蔗糖溶解度，從而獲得過飽和的溶液。換句話說，在過飽和糖液中所溶解的蔗糖要多于同溫度下一般溶液所能溶解的蔗糖。過飽和糖液中所含蔗糖量與同溫度下飽和糖液中蔗糖量之比稱為過飽和系數。如果糖液的溫度為T，過飽和系數小于1，則溶液未飽和；如果過飽和系數等于1，則溶液飽和；如果過飽和系數大于1，則溶液過飽和。過飽和系數為1.2、溫度為60℃的糖漿，其中溶解的蔗糖量是同溫度下飽和糖液的1.2倍。過飽和系數是結晶的推動力。過飽和是一種不穩定狀態，溶液總是試圖通過形成新的晶體或在原有的晶體上沉積的方式降低溶液中蔗糖溶解的量，使溶液回復正常的飽和狀態。在非常高的過飽和系數下，溶液會形成新的晶體（刺激起晶或生成偽晶）。這種情況下是無法對晶體的大小與數量進行控制。當罐內物料的過飽和狀態略低于能自然起晶時，投入一定量的種子，稱為投粉起晶。這一階段的過飽和系數很難把握，因操作工沒有專用的過飽和度儀器、只能根據物料的粘度來估算，因為過飽和度不能直接測定，現有的過飽和度測定儀都是通過間接的方法來檢測。2、過飽和度區域（純蔗糖溶液）蔗糖溶解度與溫度有關A、溶晶區：過飽和系數小于1，蔗糖溶解；B、介穩區：過飽和系數在1—1.2，可使存在的晶體長大，但沒有新的晶核生成；C、中間區：過飽和系數在1.2—1.3，不但可使存在的晶體長大，同時受到刺激時會有新的晶核生成；D、易變區：過飽和系數大于1.3，能自然起晶，新的晶核大量生成。各區域的范圍取決于母液的純度。純度越高，區域越窄，隨著結晶的進行，母液的純度下降（在晶體表面是沉積的糖分多于入料帶入的糖分），區域逐漸變寬。（注：結晶過程中首先形成的大部分晶核，究竟是來源于投入的種子或是自然起晶，這將由物料的純度與過飽和度決定。當甲膏的純度為70至75時，自然起晶的過飽和系數約為1.6，而純度升至85時，自然起晶的過飽和系數約為1.2，這是因為在低純度時，介穩區的區域擴大了。這就說明了為什么純度為70—72的糖漿比高純度 的糖漿更易煮煉。因為后者更容易產生偽晶。低純度物料的安全區域更寬，晶粒的生長較均勻，所以要獲得外觀較好的晶體，需要較長的煮煉時間，但那是物有所值的）。3、晶體的長大以下幾個因素影響晶體長大的速度：A、擴散與沉積速度擴散速度是指蔗糖分子在晶體周圍的母液中移動的速度。沉積速度是指蔗糖分子粘附沉積在晶體表面的速度。擴散速度主要受母液的粘度的影響，如果糖分只在晶體的兩端沉積，形成針狀晶形，這是沉積速度不同而造成的。這些因素都會降低結晶速度、容易生成偽晶。B、過飽和系數過飽和系數是結晶的推動力，增大過飽和系數對結晶有以下影響：•可以增加蔗糖分子在晶體表面的沉積速度；•物料粘度增大，影響擴散速度 ；•可以增大母液與晶體表面處液膜間的濃度差，加快擴散速度。 注：晶粒大，則表面積大，能比小顆粒的晶體沉積更多的糖分。但大量的小顆粒晶體的總表面積要比少量大顆粒的晶體的表面積大得多，所以小顆粒晶體的結晶速度較快。這就是為什么在一個良好的種子中細小的晶體能很快長大并能長成更均勻的產品的原因。結晶所需的時間由擴散速度及晶體的總表面積決定。•粘度（分子在液體內部動力的阻力，即摩擦力).粘度越大，蔗糖分子通過母液擴散到晶體表面的速度就越慢；粘度還影響晶粒與母液的混合程度。溫度如果要維持穩定的結晶速度，就要保持過飽和系數不變，當溫度下降時，應增大過飽和系數。•過飽和系數過飽和系數大，則結晶速度快。•純度;母液純度降低，結晶速度下降（詳見下）。C、非糖分對結晶的影響非糖分通常都會降低結晶速度，不同的非糖分有不同的影響，主要由非糖分的濃度與種類決定（還原糖對結晶的利，這就是為什么廢蜜是的還原糖/灰分的比例較高時，所得的廢蜜的純度較低）。起晶通常有三種起晶的方法自然起晶：在易變區進行操作刺激起晶：在中間區進行操作投粉起晶：在介穩區進行操作前二種方法操作人員不能控制所產生的晶體數量。投粉法是根據在介穩區內現存的晶體可以長大而不有新的晶體生成這一原理進行操作的。將由糖漿或甲蜜、或者是這兩混合物濃縮，控制過飽和系數在介穩區的上部，然后投入含的所需晶粒數量的種子。整個煮煉過程全部控制在介穩區進行。但對于操作工，就很難判斷當前的操作是在介穩區的上部還是下部，就將操作放在一個處認為較安全的區域內，通常是介穩區的下部來避免偽晶的產生。這樣，就不能獲得最大的結晶速度和較短和煮糖時間。自動煮糖罐的優點就是通過幾罐糖的煮煉，就可以確定介穩區的頂部，以后的結晶就可以在一個優化后的過飽和系數下操作而沒有偽晶產生。糖粉糊糖粉糊是由精煉糖（不是糖粉或原糖）與不能溶解蔗糖的有機溶液混合后，在一個小型球磨機內磨研而成。有各種不同的糖粉糊加工方法，最重要的是保證每次的加工方法完全相同，使得糖粉糊的質量也完全相同。糖粉糊加工方法推薦在5升的球磨機中裝入1000克精糖，2000毫升酒精，2500個直徑為10毫米的鋼球，以80 rpm轉速磨24小時。倒出糖粉糊后用酒精清洗球磨機及鋼球，這樣共獲得6升糖粉糊，使用前充分攪拌均勻。50立方的丙糖罐，每次用800毫升。種子收緊這是投粉后的下一步操作。因為此時晶體非常細小，相互間距離較遠，糖分擴散至晶體表面的距離較長，如果水分蒸發過快，引起局部過飽和率過高，很容易產生偽晶。這時的目標是在糖膏體積增加之前將晶體養大，占據原來母液占據的空間。通過控制水分蒸發量準確地調整過飽和度，使晶體吸收底料中的糖分長大。這是結晶過程中最難控制的地方。主要理由是：A、過飽和系數應該控制在介穩區的最上部，以取得最大的結晶速度并避免偽晶生成，而不是通過加大投粉量，增加結晶總表面積來提高結晶速度。（這是一步很困難的操作，應盡快地完成）B、罐內應充分對流，使晶體能不斷地接觸到新鮮的母液。C、這一階段應避免過強烈的蒸發，供汽以能保持罐內正常循環即可。操作方法D、補充熱水，使之與蒸發的水分相等，將操作控制在煮種開始時的介穩區內。E、關小蒸汽，僅保持罐內正常循環即可。F、維持液面不變或略為降低（任何情況增高液面，都會導致沸點降低，過飽和系數增大，同時會使蒸發速度突然加快，容易生成偽晶）。理想的情況是連續進熱水，使之與蒸發量平衡，維持穩定和過飽和系數。當種子收緊后，罐內物料的體積沒有變化，但由于晶粒長大，相互間的距離就變近了（擴散路徑短了）。晶粒間的相互摩擦，使得晶粒有機會接觸到新的母液，也增大的擴散速度。高純度物料可以通過降低液面、提高溫度來增大擴散速度。提高溫度的作用：1、降低過飽和系數；2、增大結晶速度；3、降低粘度；4、增強物料的流動性。由于考慮到要減少糖在高溫下破壞的風險，對于低純度糖膏，不宜采用較高的溫度。養晶種子收緊后，接著就要將晶體養至產品要求的大小。一定量的糖分沉積到晶體表面，同時必須通過入料（糖漿或糖蜜）補充這部分糖分。物料應該連續地進入罐內，以維持穩定和過飽和系數。如果沒有條件做到連續進料，采用有規律的短時間入料要好于長時間間歇入料，因后者會引起較大的過飽和系數變化。溫度變化的影響與種子收緊階段相同。低純度物料采用較高溫度時會引發泡沫（低級糖膏的沸點較高）。濃縮當罐內物料到達指定體積后停止入料，繼續濃縮至規定的錘度，最終的錘度由設備或物料與操作工的經驗來決定。決定放糖錘度的因素：A、放糖閥的結構；B、結晶罐底部的結構；C、放糖管或槽的結構；D、助晶機的結構與布置；E、糖蜜泵的性能。提高糖膏的放糖錘度才可能最大限度回收糖分。當一罐糖膏的煮煉過程能控制在介穩區的上部，由于結晶速度快，不但可以減少煮糖時間，而且可以夠節能，因為在煮糖的后階段，因循環變慢，因而需要的蒸汽量也較少。糖膏的錘度低（不緊結），回煮量則多達糖膏量的30%。入料錘度放料的錘度對煮糖耗汽有顯著的影響。計算表明，對于相同的一罐糖，入料錘度為50°Bx所用的蒸汽幾乎是70 °Bx的二倍。高錘度入料也有不足之處，入料錘度過高會造成加熱管嚴重積垢。入料的錘度高，則其中的蔗糖濃度也高，帶入罐內的水分可能就不足以平衡蒸發的水分，就有可能產生偽晶。為了節省蒸汽、減少煮糖時間，入料的錘度不應低于75°Bx。一般的糖蜜應該控制在70--75°Bx，溫度為70°C。煮糖制度在一罐糖膏中，晶體的重量約占66%（指糖膏中所有的晶體重量）。如果只通過一次煮煉，很難將純度為85的物料降至廢蜜的純度，這需要很長的時間，同時由于晶體的數量過多，使得糖膏不可能從罐內卸出。所以糖膏要分多級煮煉，目前普遍使用三系煮糖制度。第一次煮煉用糖漿或回溶糖漿為原料，稱為甲糖膏。第二次煮煉稱為乙糖膏，第三次煮煉稱為丙糖膏。從丙膏分也的丙糖回溶后與糖漿混合，也可以與水或甲蜜混合成糖糊，用于乙糖膏的底料。乙糖由混合為糖糊后用做為甲膏的種子。某些煮糖制度是將所有丙糖回溶后煮煉色值較低的甲糖，當用丙糖作為乙糖的種子時，這些深色的丙糖就會被包裹在甲糖的中心。晶體大小晶體的尺寸影響糖蜜的純度及糖膏的分蜜。大顆粒與小顆粒各有優、缺點。大顆粒的結晶(0,65 - 0,75 mm)，分蜜容易，但由于結晶總面積小，也容易是生成偽晶。小顆粒的結晶分蜜較困難，但由于結晶總面積大，不容易是生成偽晶。如果結晶總面積小，過飽和度較高，就有可能產生偽晶。這就是罐內母液量過多時產生偽晶的原因。偽晶通常在分蜜時與糖蜜一起被分離出去，在間歇式分蜜機中，它會堵塞有大顆的晶粒間，使排蜜不暢。顆粒大小不均勻，也會產生這種現象。結晶率結晶率表示物料中形成結晶的糖所占的百分比。它與結晶罐的效能、操作水平及分蜜機的性能有關。假設結晶的純度為100%，結晶率的計算如下：結晶率=100 X (糖膏純度 – 糖蜜純度) /（100– 糖蜜純度）一般的結晶率為：甲膏：60—70%乙膏：66—65%丙膏：40—55%也可以用另一個術語“純度差”來考核，它表示糖膏純度與糖蜜純度之間的差。純度差越大，結晶率也越高。下面將對糖廠自動化進及Calco系統進行介紹。很多糖廠通過計算機就很完全容易地對物料進行管理，用現有的設備也能對化學過程進行控制并將參數匯集至中心控制計算機。但對于澄清而言會有點困難，這是因為蔗汁是含有許多蔗糠（因現在的破碎度越來越高）及蔗汁顏色的變化。通過一個中心計算機對煮糖進行控制則是另一種不同的概念。全球許多糖廠（這些廠都安裝了完全由計算機控制的結晶罐）的經驗表明，這些結晶罐在使用時都遇到了困難，特別是在高液位時更是如此。影響結晶罐運行的因素有很多。在結晶罐中，真空度與溫度是相互關聯的，在結晶過程中應該維持穩定。如果結晶過程真空度不斷變化，結晶速度也會發生變化，對晶粒的生長就會有一系列的影響。壓力為133 mbar (13.3kPa, 99.76 mm Hg,)時，水的沸點是51.7℃，飽和糖液的沸點約為60℃。后一個溫度只是糖液表面的溫度，因為在糖液內部，由于液位增加，壓力增大，沸點也上升。例如在糖膏表面的溫度為60℃，則：30cm 深時增加至 65.6℃60cm 深時增加至 70.0℃90cm 深時增加至 74.5℃120cm 深時增加至 78.3℃150cm 深時增加至 81.8℃
溫度上升則過飽和度下降（高溫=低過飽和度），最終可能會變為不飽和。如糖膏表面的溫度為60℃，過飽和系數為1.2，在90至120 cm深處，過飽和系數為1，溶液只是飽和；超過120cm后，就變為不飽和，晶粒就從原來的長大變為溶解。此時就會形成在結晶罐的上部，糖分形成結晶，然后在結晶罐的下部又重新溶解。如果在罐的底部溫度為60℃，過飽和系數為1.2，則在罐的上部也會發生同樣的情況，實際的操作經驗表明，結晶罐內的液位不應超過上管板以上1.35m，液面較低對加快結晶速度有利，但此時結晶罐的容積與煮成糖膏的體積之比就不是很理想。從結晶速度與結晶罐的利用率來綜合考慮，1.35m通常稱為最佳液面高度，1.5m稱為允許最大液面高度，此時結晶罐的容積利用率較高，但循環較差，結晶速度較低。如果結晶罐安裝的攪拌器，則不只是糖膏的上部與下部間有溫度差，由于加熱管對循環的影響，同一水平面上的不同位置間也有溫度差。在罐內不同的位置，糖膏的密度也不同，這些差異很難準確地反映至計算機的屏幕上。由于影響晶體長大的因素太多，所以結晶過程如果沒有人在結晶罐旁進行不斷地觀察，控制將是困難的。真空度與溫度（二者是相互關聯的）穩定對于結晶很重要，許多煮糖工試圖通過調節真空度來控制溫度。結晶過程最好能將過飽和度控制在盡可能靠近易變區（過飽和系數1.35—1.40）的地方。對于不純糖液，易變區的位置更依賴于糖液的純度。煮糖工按步驟并根據糖膏的感官特性進行操作。觀察糖膏在視鏡上飛濺的形態、用手柄取一些樣品直接檢查，根據樣品在姆指與食指間拉出的絲的長度來判斷過飽和系數。當地飽和系數到達易變區時，就會發生自然起晶。煮糖工不斷地對樣品進行檢查，并根據自己的感覺對結晶進行控制。在煮糖工對樣品進行檢查，并對閥門進行開、關操作期間，結晶罐必須在易變區以下工作。下面是純蔗糖的溶解度曲線：
現在研究母液純度對易變區的影響，從圖可以看出，高純度物料的結晶濃度較低，而低純度物料的結晶濃度較高。
出現一條不平滑的曲線并不是操作工的錯誤，因為操作工必須手工檢查糖膏的性質，并進行閥門的開、關操作。Calcor 結晶系統能幫助操作工將結晶穩定地控制在盡可能靠近易變區的地方進行操作。該系統安裝在結晶罐旁邊，操作工可以很方便地對其進行控制。很多糖廠試圖使用全部由計算機控制的結晶罐，操作工在控制室內遠程對結晶罐進行操作，計算機成為事實上的操作工，但其無法感知罐內物料的性狀。Calcor 結晶系統能夠與存放數據的中心計算機聯接，但結晶罐仍由操作工進行控制。通過幾次由人工控制的結晶操作后，Calcor 結晶系統可能通過測定糖膏的電導率來控制入料閥門的開關動作。操作工只需要對糖膏進行觀察就可以了，一個人可以同時操作幾個結晶罐。下面是用Calcor 結晶系統與人工操作的曲線：這是人工操作的曲線
這是由Calcor 結晶系統操作的曲線
Calcor 結晶系統通過測定罐內不同液位時糖膏的電導率，對入料閥進行自動調節，使結晶總是在靠近易變區的區域內進行。Calcor 結晶系統包括自動煮糖與自動煮種二種不同的版本。自動煮糖/自動煮種系統能夠在罐內的過飽和度達到設定值（通過幾次人工操作就可以得到設定值）后，自動進行投粉，并自動煮水15—45分鐘，進行固晶。Calcor 結晶系統能自動轉入煮糖操作直至放糖，操作工只需對糖膏進行檢查即可。自動煮糖與自動煮糖/自動煮種系統相似，只是沒有煮種裝置，只能用于起晶后物料的煮煉。這二種系統都具有“分割”功能，可以將部分物料分割至另一個罐進行煮煉。系統根據物料的不同純度，設計了不同的控制，可分別用于甲、乙、丙膏的煮煉。Calcor 結晶系統有主要特點是：1、煮糖時間短。因為Calcor 結晶系統采用連續入料，過飽和度曲線接近易就區但不會進入易變區（產生偽晶），也不會進入溶晶區（晶體溶解）。對于高級糖膏，煮煉時間可以縮短25%。2、晶粒均勻。由于結晶是在事先指定的接近易變區的區域內進行，晶粒生長條件相同，產生的偽晶少或沒的偽晶產生。3、糖蜜純度低。在Calcor 結晶系統控制下，糖分在盡可能高的過飽和系數下，能更多地從糖蜜中沉積到晶體上，糖蜜的純度為32—36，與人工操作相比較，約低4度。4、降低蒸汽耗用量。在最優的過飽和系數下進行結晶，可以減少煮水量次數，減少用水量約為2.5%對蔗，煮糖時間短，用汽也少，與人工操作相比，可節約蒸汽5%對蔗。5、降低色值。Honig（章節5.7，結晶的溶解與重結晶）的觀察表明，與人工操作條件下、在不穩定的過飽和系數下長大的晶體相比，在穩定的過飽和系數下長大的晶體的色值較低。觀察同時表明，如果底料中粒子比較均勻整齊，產品的色值也比較低。根據通常的經驗，采用Calcor 結晶系統后，色值可以降低約10%。6、提高分蜜機的生產能力。由于晶粒均勻整齊，沒有偽晶，分蜜容易，同時能提高產品的質量。7、有利于存儲。由于晶粒均勻整齊，水分一致，減少包裝后或存儲過程中的結塊現象。如果所有的罐都安裝Calcor 結晶系統，甲膏的收回率能提高1%，則有以下果：甲糖罐的罐時可以增加11%降低分蜜機的負荷1.7%減少回溶糖漿2%乙、丙膏的量可以減少3.7%節省蒸汽2.2%安裝Calcor 結晶系統的費用，在一個榨季里就完全可以收回。
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